RU2472565C2

RU2472565C2 - Rectifier tower with bubble-cap trays

Info

Publication number: RU2472565C2
Application number: RU2011113263/05A
Authority: RU
Inventors: Александр Максимович Журба; Петр Анатольевич Гринев; Александр Владимирович Данилов
Original assignee: Александр Максимович Журба; Петр Анатольевич Гринев; Александр Владимирович Данилов
Priority date: 2011-04-06
Filing date: 2011-04-06
Publication date: 2013-01-20
Also published as: RU2011113263A

Abstract

FIELD: process engineering.

SUBSTANCE: invention relates to mass-and-heat exchange hardware, particularly, to rectifiers and absorbers and may be used in petrochemical and chemical, oil and gas industries. Proposed rectifier tower comprises body with process unions, trays with vapor and overflow branch pipes, and height-adjustable bubble-cap trays. Top end of every overflow branch pipe is secured in tray to radially relative to the latter while its bottom end is furnished with perforated disc and barrel concentric with overflow branch pipe to make hydraulic lock therewith.

EFFECT: higher efficiency of tower operation.

2 dwg

Description

Изобретение относится к массообменному оборудованию в области переработки углеводородного сырья, химических и пищевых продуктов, в частности к устройствам для ректификации, абсорбции нефтепродуктов, химических и пищевых продуктов путем разделения их по температурам кипения в процессе массообмена между жидкостью и паром, и может найти применение в нефтеперерабатывающей, химической, нефтехимической, газовой, пищевой промышленности.The invention relates to mass transfer equipment in the field of processing of hydrocarbon raw materials, chemical and food products, in particular to devices for rectification, absorption of oil products, chemical and food products by separating them by boiling points in the process of mass transfer between liquid and steam, and can find application in oil refining chemical, petrochemical, gas, food industries.

Известна ректификационная колонна для разделения трехкомпонентной смеси (патент 2234356), содержащая вертикальный корпус с тарелками и продольную вертикальную перегородку, пересекающую часть тарелок и разделяющую корпус колонны на вертикальные секторы. Колонна содержит регулятор потоков флегмы и регулятор потоков паровой фазы.Known distillation column for separating a three-component mixture (patent 2234356), containing a vertical body with plates and a longitudinal vertical partition intersecting part of the plates and dividing the body of the column into vertical sectors. The column contains a phlegm flow regulator and a vapor phase flow regulator.

Известен аппарат колонный с колпачковыми тарелками (патент 2214852). В этом колонном аппарате с колпачковыми тарелками корпус выполнен из царг, между их основаниями зажаты опорные кольца, на которые опираются тарелки с эластичными уплотнениями. Центральные опоры снабжены фиксаторами. Основание тарелки куполообразное. Все элементы колонны выполнены из фторопласта и предназначены для обработки коррозионно-активных материалов.The known apparatus is columned with cap plates (patent 2214852). In this columned apparatus with cap plates, the casing is made of tsar, between their bases support rings are clamped, on which plates with elastic seals rest. Central supports are provided with clamps. The base of the plate is domed. All elements of the column are made of fluoroplastic and are intended for the processing of corrosive materials.

Недостаток обеих перечисленных колонн заключается в том, что в них в силу жесткого закрепления всех элементов колпачковой тарелки не представляется возможным изменять такие технологические параметры, как, например, толщину слоя жидкости на тарелке и перепад уровней жидкости под колпачками относительно уровня ее на тарелке, что не позволяет изменять режим работы колонны по высоте в зависимости от изменяющихся свойств отрабатываемых продуктов, т.е. влиять на процесс тепло- и массообмена в колонне.The disadvantage of both of these columns is that, due to the rigid fastening of all elements of the cap plate, it is not possible to change such technological parameters as, for example, the thickness of the liquid layer on the plate and the difference in liquid levels under the caps relative to its level on the plate, which does not allows you to change the mode of operation of the column in height depending on the changing properties of the processed products, i.e. to influence the process of heat and mass transfer in the column.

Известна также колонна ректификационная с колпачковыми тарелками, например, описанная в книге «Процессы и аппараты», Д.А.Баранов, A.M. Кутепов, М., Академия, 2005, с.182, 183, в которой частично устранен недостаток упомянутых выше колонн по патентам, так, по крайней мере, колпачки закреплены с возможностью регулирования их положения по высоте.A distillation column with cap plates is also known, for example, described in the book “Processes and Apparatuses”, D.A. Baranov, A.M. Kutepov, M., Academy, 2005, p.182, 183, which partially eliminated the drawback of the above columns for patents, so at least the caps are fixed with the ability to adjust their height position.

Указанная колонна ректификационная с колпачковыми тарелками, как наиболее близкая по технической сущности предлагаемому устройству, принята в качестве прототипа.The specified distillation column with cap plates, as the closest in technical essence to the proposed device, adopted as a prototype.

Однако прототип не лишен характерного для известных колонн недостатков, а именно нет возможности регулирования толщины слоя жидкости на тарелке, а также нет возможности развивать поверхность межфазового контакта, что в значительной степени определяет эффективность процесса тепло- и массообмена, т.е. эффективность работы колонны в целом.However, the prototype is not without its drawbacks characteristic of known columns, namely, it is not possible to control the thickness of the liquid layer on the plate, nor is it possible to develop an interphase contact surface, which largely determines the efficiency of the heat and mass transfer process, i.e. overall performance of the column.

Целью предлагаемого изобретения является исключение перечисленных недостатков и повышение эффективности работы колонны.The aim of the invention is to eliminate the above disadvantages and increase the efficiency of the column.

По существу задача решается за счет того, что верхний конец каждого переливного патрубка закреплен в тарелке с возможностью осевого перемещения патрубка относительно последней, и его нижний конец снабжен тарельчатым перфорированным диском, а также стаканом, концентричным переливному патрубку и образующим с ним гидрозатвор.Essentially, the problem is solved due to the fact that the upper end of each overflow pipe is fixed in a plate with the possibility of axial movement of the pipe relative to the latter, and its lower end is equipped with a perforated disk plate, as well as a glass concentric overflow pipe and forming a water seal with it.

В результате такого технического решения парожидкостная смесь проходит паровой патрубок и колпачок, барботируя через щели колпачка и контактируя с жидкостью на тарелке. Парогазовая смесь уходит на вышележащую тарелку, а избыточная жидкая (тяжелая) фракция через переливной патрубок сливается в стакан гидрозатвора, откуда попадает на тарельчатый перфорированный диск. Часть жидкости переливается через бортик диска, образуя кольцевую пленку. Другая часть жидкости в форме капель и струй проходит через перфорацию в диске и сливается на нижележащую тарелку. Легко испаряющая жидкость, находящаяся на тарелке в пленке, каплях, струях, испаряется и через паровые патрубки поступает на вышележащую тарелку. Учитывая изменение температуры, вязкости жидкости, состава и агрегатного состояния среды по высоте колонны, можно отрегулировать соотношение и высоту (зазоры) между паровыми патрубками и колпачками, между переливными патрубками и стаканами гидрозатворов с тарельчатыми дисками, а также с помощью переливных патрубков изменить высоту (и, соответственно, сопротивление барботажу) жидкости на тарелке и живое сечение для борботажа паров через щели колпачков.As a result of this technical solution, the vapor-liquid mixture passes through the steam nozzle and cap, sparging through the slots of the cap and in contact with the liquid on the plate. The vapor-gas mixture goes to the overlying plate, and the excess liquid (heavy) fraction is discharged through the overflow pipe into the hydraulic lock cup, from where it enters the perforated disk plate. Part of the liquid overflows over the rim of the disk, forming an annular film. Another part of the liquid in the form of droplets and jets passes through the perforation in the disk and merges onto the underlying plate. The easily evaporating liquid located on the plate in the film, drops, streams, evaporates and through the steam nozzles enters the overlying plate. Given the change in temperature, fluid viscosity, composition and aggregate state of the medium along the height of the column, it is possible to adjust the ratio and height (gaps) between steam nozzles and caps, between overflow nozzles and cups of hydraulic locks with disk disks, and also with the help of overflow nozzles change the height (and , accordingly, the resistance to bubbling) of the liquid on the plate and the live section for the bubbling of vapors through the slots of the caps.

Это позволяет оптимизировать процесс разделения перерабатываемого продукта на заданные фракции.This allows you to optimize the process of separation of the processed product into predetermined fractions.

На фиг.1 - схематично изображен продольный разрез колонны.Figure 1 - schematically shows a longitudinal section of a column.

На фиг.2 - вид А, на котором в увеличенном масштабе показаны тарелки с паровыми и переливными патрубками, кронштейнами с фиксаторами и регулировочными шпильками, паровыми копачками, гидрозатворами с тарельчатыми дисками.Figure 2 is a view A, which on an enlarged scale shows the plates with steam and overflow nozzles, brackets with clamps and adjusting pins, steam diggers, hydraulic locks with disk disks.

Предлагаемая ректификационная колонна состоит из корпуса 1, штуцера 2 для входа парожидкостной смеси, штуцера 3 для выхода жидкости (тяжелой фракции) и штуцера 4 - для выхода паров (легкой фракции). Кроме того, колонна содержит тарелки 5 с паровыми патрубками 6 и переливными патрубками 7, а также колпачки 8 и стаканы гидрозатворов 9, кронштейны 10 с фиксаторами 11, шпильками 12, поперечными планками 13 и тарельчатыми перфорированными дисками 14.The proposed distillation column consists of a housing 1, a nozzle 2 for the entrance of the vapor-liquid mixture, a nozzle 3 for the exit of the liquid (heavy fraction) and a nozzle 4 for the exit of the vapor (light fraction). In addition, the column contains plates 5 with steam nozzles 6 and overflow nozzles 7, as well as caps 8 and glasses of hydraulic locks 9, brackets 10 with clamps 11, studs 12, transverse strips 13 and disk-shaped perforated disks 14.

Работает предлагаемая колонна следующим образом. Исходная парожидкостная смесь подается в колонну через штуцер 2. Пары через паровые патрубки 6 поступают в полость колпачков 8, вытесняют из них жидкость через щели колпачков 8, после чего паровая смесь начинает барботировать в слой жидкости за пределами колпачков 8, и более легкая парогазовая смесь поступает на вышележащую тарелку. Тяжелая фракция конденсируется в этой жидкости на тарелке, через переливные патрубки 7 поступает в стакан гидрозатвора 9, переливается через края стакана 9 и попадает на тарельчатые перфорированные диски 14. Далее жидкость стекает с этих дисков через бортики дисков в виде пленки, а также через перфорацию дисков в виде капель и струй.The proposed column works as follows. The initial vapor-liquid mixture is supplied to the column through the nozzle 2. Vapors through the steam nozzles 6 enter the cavity of the caps 8, displace liquid from them through the slots of the caps 8, after which the vapor mixture begins to bubble into the liquid layer outside the caps 8, and the lighter vapor-gas mixture enters on the overlying plate. The heavy fraction condenses in this liquid on the plate, through the overflow nozzles 7 it enters the nozzle 9, overflows over the edges of the nozzle 9 and enters the disk-shaped perforated disks 14. Then the liquid flows from these disks through the sides of the disks in the form of a film, as well as through the perforation of the disks in the form of drops and jets.

Оснащение нижних концов переливных патрубков 7 тарельчатыми переливными дисками 14 обеспечило значительное увеличение поверхности за счет истечения жидкости с этих дисков в виде пленки, капель и струй, что в свою очередь повысило эффективность процесса тепло- и массообменника в колонне в целом.Equipping the lower ends of the overflow nozzles 7 with disk-shaped overflow disks 14 provided a significant increase in the surface due to the outflow of liquid from these disks in the form of films, drops and jets, which in turn increased the efficiency of the heat and mass exchanger process in the column as a whole.

На случай забивания паровых колпачков и переливных патрубков предусмотрена возможность их демонтажа и чистки от загрязнений и последующего монтажа через люки в корпусе колонны, что значительно сокращает время и трудозатраты на чистку и техническое обслуживание колонны.In case of clogging of the steam caps and overflow pipes, it is possible to dismantle them and clean them from contamination and then install them through the hatches in the column body, which significantly reduces the time and labor required for cleaning and maintenance of the column.

Таким образом, изменение высоты переливного патрубка (и слоя жидкости) на тарелке, в сочетании с тарельчатым перфорированным диском на переливном патрубке, позволило оптимизировать уровень жидкости на тарелке и значительно увеличить поверхность межфазного контакта на каждой тарелке, совокупную высоту столба жидкости (сопротивление) в колонне, режим работы колонны по высоте, поверхность тепло- и массообмена в зависимости от изменяющихся свойств перерабатываемых продуктов (температуры кипения, вязкости жидкости, состава смеси).Thus, a change in the height of the overflow pipe (and the liquid layer) on the plate, in combination with a perforated disk plate on the overflow pipe, allowed us to optimize the liquid level on the plate and significantly increase the interface surface on each plate, the total height of the liquid column (resistance) in the column , the height of the column, the surface of heat and mass transfer, depending on the changing properties of the processed products (boiling point, viscosity of the liquid, the composition of the mixture).

При этом обеспечивается возможность разделения продуктов на более четкие фракции и, соответственно, повышения качества целевых продуктов. Изложенные выше преимущества приводят к существенному повышению эффективности работы колонны.This provides the possibility of dividing the products into sharper fractions and, accordingly, improving the quality of the target products. The above advantages lead to a significant increase in the efficiency of the column.

Claims

Distillation column, including a housing with technological fittings, plates with steam and overflow nozzles, as well as height-adjustable bubble caps, characterized in that the upper end of each overflow nozzle is fixed in the plate with the possibility of axial movement of the nozzle relative to the latter, and its lower end is provided with a disk perforated disk, as well as a glass, concentric overflow pipe and forming a water seal with it.