RU2788755C1

RU2788755C1 - Distillation column

Info

Publication number: RU2788755C1
Application number: RU2022110841A
Authority: RU
Inventors: Антон Евгеньевич Лебедев; Илья Сергеевич Гуданов; Валерий Владимирович Власов; Александр Витальевич Проворов; Дмитрий Сергеевич Долгин; Мария Андреевна Юровская; Валерий Константинович Леонтьев
Filing date: 2022-04-19
Publication date: 2023-01-24

Abstract

FIELD: heat and mass transfer processes.

SUBSTANCE: invention is intended for conducting processes of heat and mass transfer between gas (steam) and liquid and relates to the field of chemical, petrochemical and gas engineering. The invention relates to a distillation column containing a housing with a lid and a bottom; inside the housing, drawers with trays are installed one above the other; each tray has a hole covered with a mushroom-shaped bubbling dome molded together with an overflow pipe; teeth are made at the bottom of the bubble dome; bowl, thereby forming a hydraulic seal for ascending vapors, the bottom of the column has a fitting for the exit of the liquid phase, a fitting for the exit of vapors is located on the cover, and a fitting for supplying the liquid phase is located in the body. A nozzle is attached to the side surface of the bowl, made in the form of a hollow truncated cone, the larger base of which is located below, spiral partitions are placed on the outer side surface of the nozzle, the height of which decreases from the smaller base to the larger one, and a fastener is installed between the inner surface of the bowl and the overflow pipe.

EFFECT: effective carrying out of mass-transfer processes in chemical and other industries.

1 cl, 3 dwg

Description

Изобретение предназначено для проведения процессов тепломассообмена между газом (паром) и жидкостью и относится к области химического, нефтехимического и газового машиностроения, к аппаратурному оформлению процессов тепломассообмена, например, в колонных аппаратах, может быть использовано для проведения контакта газа (пара) с жидкостью в процессах ректификации, абсорбции и десорбции.The invention is intended for carrying out heat and mass transfer processes between gas (steam) and liquid and relates to the field of chemical, petrochemical and gas engineering, to hardware design of heat and mass transfer processes, for example, in column apparatus, can be used to conduct contact of gas (steam) with liquid in processes rectification, absorption and desorption.

Известна ректификационая колонна с колпачковыми тарелками [Патент РФ №2472565, МВД B01D 3/16, опубл. 20.10.2012, БИ №29)], содержащая корпус с технологическими штуцерами, тарелки с паровыми и переливными патрубками, а также регулируемые по высоте барботажные колпачки, верхний конец каждого переливного патрубка закреплен в тарелке с возможностью осевого перемещения патрубка относительно последней, а его нижний конец снабжен тарельчатым перфорированным диском, а также стаканом, концентричным переливному патрубку и образующим с ним гидрозатвор.Known distillation column with cap plates [RF Patent No. 2472565, Ministry of Internal Affairs B01D 3/16, publ. 20.10.2012, BI No. 29)], containing a body with process fittings, plates with steam and overflow pipes, as well as height-adjustable bubbling caps, the upper end of each overflow pipe is fixed in the plate with the possibility of axial movement of the pipe relative to the latter, and its lower the end is equipped with a plate-shaped perforated disk, as well as a glass, concentric to the overflow pipe and forming a water seal with it.

Недостатком такой колонны является сложность изготовления и малый срок службы, особенно при применении в агрессивных средах.The disadvantage of such a column is the complexity of manufacturing and short service life, especially when used in aggressive environments.

Наиболее близкой к предлагаемому изобретению является колонна для денитрации серной кислоты (колонна Паулинга) [Лебедев, А.Я. Регенерация отработанных смесей азотной и серной кислот / А.Я. Лебедев, А.П. Тарасов. М.: Дом техники, 1963. 277 с].Closest to the proposed invention is a column for the denitration of sulfuric acid (Pauling column) [Lebedev, A.Ya. Regeneration of waste mixtures of nitric and sulfuric acids / A.Ya. Lebedev, A.P. Tarasov. Moscow: House of Technology, 1963. 277 p.].

Колонна содержит корпус с крышкой и днищем, внутри корпуса друг над другом установлены царги с тарелками, в каждой тарелке выполнено отверстие, накрытое барботажным колпаком грибовидной формы, отлитым вместе с переливным патрубком. Снизу барботажного колпака выполнены зубцы. Переливной патрубок погружен в специальную чашу, образуя тем самым гидравлический затвор для поднимающихся вверх паров. Днище колонны имеет штуцер для ввода пара и выхода слабой серной кислоты. На крышке расположены штуцер выхода паров азотной кислоты и нитрозных газов и штуцер подачи купоросного масла.The column contains a body with a lid and a bottom, inside the body, drawers with plates are installed one above the other, each plate has a hole covered with a mushroom-shaped bubbling cap, cast together with an overflow pipe. The teeth are made at the bottom of the bubbling cap. The overflow pipe is immersed in a special bowl, thereby forming a hydraulic seal for rising vapors. The bottom of the column has a fitting for steam inlet and weak sulfuric acid outlet. On the cover there is a fitting for the outlet of vapors of nitric acid and nitrous gases and a fitting for supplying vitriol oil.

Недостатком данной колонны является отсутствие массообмена в пространстве между тарелками (контакта жидкой и паровой фаз), что снижает ее эффективность.The disadvantage of this column is the lack of mass transfer in the space between the plates (contact of the liquid and vapor phases), which reduces its efficiency.

Задачей изобретения является создание колонны ректификационной обладающей высокой эффективностью за счет организации контакта жидкой и паровой фаз в пространстве между тарелками.The objective of the invention is to create a distillation column with high efficiency by organizing the contact of the liquid and vapor phases in the space between the plates.

Поставленная задача решается тем, что в колонне ректификационной, содержащей корпус с крышкой и днищем, внутри корпуса друг над другом установлены царги с тарелками, в каждой тарелке выполнено отверстие, накрытое барботажным колпаком грибовидной формы, отлитым вместе с переливным патрубком, снизу барботажного колпака выполнены зубцы, переливной патрубок погружен в чашу, образуя тем самым гидравлический затвор для поднимающихся вверх паров, днище колонны имеет штуцер для выхода жидкой фазы, на крышке расположен штуцер выхода паров, а в корпусе штуцер подачи жидкой фазы.The problem is solved by the fact that in the distillation column, containing a body with a lid and a bottom, inside the body, drawers with plates are installed one above the other, each plate has a hole covered with a mushroom-shaped bubbling dome, cast together with an overflow pipe, teeth are made from the bottom of the bubble dome , the overflow pipe is immersed in the bowl, thereby forming a hydraulic seal for rising vapors, the bottom of the column has a fitting for the exit of the liquid phase, a fitting for the exit of vapors is located on the cover, and a fitting for supplying the liquid phase is located in the body.

Отличительными конструктивными признаками предлагаемой колонны ректификационной является то, что к боковой поверхности чаши прикреплена насадка, выполненная в виде полого усеченного конуса, большее основание которого находится снизу, на внешней боковой поверхности насадки размещены спиральные перегородки, высота которых уменьшается от меньшего основания к большему, а между внутренней поверхностью чаши и переливного патрубка установлено крепление.Distinctive design features of the proposed distillation column is that a packing is attached to the side surface of the bowl, made in the form of a hollow truncated cone, the larger base of which is located below, spiral partitions are placed on the outer side surface of the packing, the height of which decreases from the smaller base to the larger one, and between fastening is installed on the inner surface of the bowl and the overflow pipe.

Схема колонны ректификационной приведена на Фиг. 1.The scheme of the distillation column is shown in Fig. 1.

На Фиг. 2 и Фиг. 3 изображены вид А и вид Б соответственно.On FIG. 2 and FIG. 3 shows view A and view B, respectively.

Колонна ректификационная содержит корпус 1 с крышкой 2 и днищем 3, внутри корпуса 1 друг над другом установлены царги 4 с тарелками 5, в каждой тарелке 5 выполнено отверстие 6, накрытое барботажным колпаком 7 грибовидной формы, отлитым вместе с переливным патрубком 8. Снизу барботажного колпака 7 выполнены зубцы 9. Переливной патрубок 8 погружен в чашу 10, образуя тем самым гидравлический затвор для поднимающихся вверх паров. Днище 3 имеет штуцер 11 выхода жидкой фазы, на крышке 2 расположен штуцер 12 выхода паров, а на корпусе 1 штуцер 13 подачи жидкой фазы.The distillation column contains a body 1 with a cover 2 and a bottom 3, inside the body 1 one above the other there are drawers 4 with plates 5, in each plate 5 there is a hole 6 covered with a bubble cap 7 of a mushroom shape, cast together with an overflow pipe 8. From the bottom of the bubble cap 7 teeth 9 are made. The overflow pipe 8 is immersed in the bowl 10, thereby forming a hydraulic seal for rising vapors. The bottom 3 has a fitting 11 outlet of the liquid phase, on the cover 2 there is a fitting 12 of the vapor outlet, and on the housing 1 a fitting 13 for supplying the liquid phase.

К боковой поверхности чаши 10 прикреплена насадка 14, выполненная в виде полого усеченного конуса, большее основание которого находится снизу. На внешней боковой поверхности насадки 14 размещены спиральные перегородки 15, высота которых уменьшается от меньшего основания к большему. Между внутренней поверхностью чаши 10 и переливного патрубка 8 установлено крепление 16.A nozzle 14 is attached to the side surface of the bowl 10, made in the form of a hollow truncated cone, the larger base of which is located below. On the outer side surface of the nozzle 14 there are spiral partitions 15, the height of which decreases from a smaller base to a larger one. Fastening 16 is installed between the inner surface of the bowl 10 and the overflow pipe 8.

Колонна ректификационная работает следующим образом.The distillation column works as follows.

Подлежащая разделению жидкая фаза подается во внутренний объем корпуса 1 через штуцер 13 подачи жидкой фазы на тарелку 5 (находящуюся в центральной части корпуса), движется по ее поверхности и барботируется выходящими из под барботажных колпаков 7 через пространства между зубцами 9 потоками пара. Здесь происходит основная часть процесса массообмена.The liquid phase to be separated is fed into the internal volume of the housing 1 through the fitting 13 for supplying the liquid phase to the plate 5 (located in the central part of the housing), moves along its surface and is bubbled by steam flows emerging from under the bubbling caps 7 through the spaces between the teeth 9. This is where the main part of the mass transfer process takes place.

Далее обогащенная высококипящим компонентом жидкость через переливной патрубок 8 поступает в чашу 10, а затем перетекает на внешнюю поверхность насадки 14. Двигаясь по ее внешней поверхности жидкая фаза разгоняется, взаимодействует со спиральными перегородками 15 и распыляется. Это позволяет организовать в пространстве между тарелками 5 дополнительную зону контакта распыленной жидкости и восходящих паров, что позволяет повысить эффективность массообмена.Further, the liquid enriched with a high-boiling component through the overflow pipe 8 enters the bowl 10, and then flows to the outer surface of the nozzle 14. Moving along its outer surface, the liquid phase accelerates, interacts with the spiral baffles 15 and is sprayed. This allows you to organize in the space between the plates 5 an additional zone of contact between the atomized liquid and ascending vapors, which improves the efficiency of mass transfer.

Пары, обогащенные низкокипящим компонентом поднимаются вверх, проходят через отверстие 6 в вышестоящей тарелке 5, попадают под барботажный колпак 7. Процесс повторяется.Vapors enriched in the low-boiling component rise up, pass through the hole 6 in the upstream tray 5, and fall under the bubble cap 7. The process is repeated.

Пары низкокипящего компонента выводятся через штуцер 12 выхода паров, а жидкая фаза (высококипящий компонент) через штуцер 11 выхода жидкой фазы.Vapors of the low-boiling component are discharged through the vapor outlet 12, and the liquid phase (high-boiling component) through the outlet 11 of the liquid phase.

Благодаря тому, что к боковой поверхности чаши 10 прикреплена насадка 14, выполненная в виде полого усеченного конуса, большее основание которого находится снизу, а на внешней боковой поверхности насадки 14 размещены спиральные перегородки 15, высота которых уменьшается от меньшего основания к большему удается сформировать интенсивное распыление жидкой фазы в пространстве между тарелками. При взаимодействии жидкой фазы со спиральными перегородками 15 жидкость закручивается, прижимается к их поверхностям и интенсивно распыляется. Уменьшение высоты спиральных перегородок 15 от меньшего основания к большему способствует разбиению потока жидкости на струи в верхней части насадки 14 и их срывам и перетокам в нижней части насадки 14, способствующим дроблению на капли.Due to the fact that a nozzle 14 is attached to the side surface of the bowl 10, made in the form of a hollow truncated cone, the larger base of which is located below, and spiral partitions 15 are placed on the outer side surface of the nozzle 14, the height of which decreases from a smaller base to a larger one, it is possible to form an intensive spray liquid phase in the space between the plates. When the liquid phase interacts with the spiral partitions 15, the liquid swirls, presses against their surfaces and intensively sprays. Reducing the height of the spiral baffles 15 from a smaller base to a larger one contributes to the breakdown of the liquid flow into jets in the upper part of the nozzle 14 and their disruption and overflow in the lower part of the nozzle 14, which contributes to crushing into drops.

За счет того, что между внутренней поверхностью чаши 10 и переливного патрубка 8 установлено крепление 16, обеспечивающее фиксацию чаши 10 с прикрепленной насадкой 14 в различных положениях на переливном патрубке 8, появляется возможность изменять ее положение относительно переливного патрубка 8, что необходимо при изменении режимов взаимодействия жидкой фазы и пара в пространстве между тарелками, а также при смене состава перерабатываемых веществ.Due to the fact that a fastener 16 is installed between the inner surface of the bowl 10 and the overflow pipe 8, which ensures the fixation of the bowl 10 with the attached nozzle 14 in various positions on the overflow pipe 8, it becomes possible to change its position relative to the overflow pipe 8, which is necessary when changing the modes of interaction liquid phase and steam in the space between the plates, as well as when changing the composition of the processed substances.

Предлагаемая колонна ректификационная, за счет организации контакта жидкой и паровой фаз в пространстве между тарелками, позволяет эффективно проводить массообменные процессы в химической и других отраслях промышленности, The proposed distillation column, due to the organization of the contact of the liquid and vapor phases in the space between the plates, allows you to effectively carry out mass transfer processes in the chemical and other industries,

Claims

A distillation column containing a body with a lid and a bottom, drawers with trays are installed one above the other inside the casing, a hole is made in each plate, covered with a mushroom-shaped bubbling hood, cast together with an overflow pipe, teeth are made at the bottom of the bubbling hood, the overflow pipe is immersed in the bowl, thereby forming a hydraulic seal for ascending vapors, the bottom of the column has a fitting for the exit of the liquid phase, a fitting for the exit of vapors is located on the cover, and a fitting for supplying the liquid phase is located in the body, characterized in that a nozzle made in the form of a hollow truncated is attached to the side surface of the bowl cone, the larger base of which is located below, spiral partitions are placed on the outer side surface of the nozzle, the height of which decreases from the smaller base to the larger one, a fastener is installed between the inner surface of the bowl and the overflow pipe.