SU1084035A1

SU1084035A1 - Column for conducting mass-exchange processes

Info

Publication number: SU1084035A1
Application number: SU823457485A
Authority: SU
Inventors: Константин Федорович Богатых; Игорь Анатольевич Мнушкин; Борис Константинович Марушкин; Анвар Закирович Хурамшин; Александр Федорович Артемьев
Original assignee: Уфимский Нефтяной Институт
Priority date: 1982-06-23
Filing date: 1982-06-23
Publication date: 1984-04-07

Abstract

.1. КОЛОННАДЛЯ ПРОВЕДЕНИЯ МАССООБМЕННЫХ ПРОЦЕССОВ, содержаща корпус, контактные устройства, выполненные в виде отдельных пакетов, установленных параллельными р дами, и расположенные по высоте мелздУ пакетами перегородки с отверсти ми дл прохода пара и стока жидкости, отличающа с тем, что, с целью повышени производительности по газу и жидкости и увеличени эффективности массообмена за счет рационального использовани рабочего объема колонны и секционировани потоков, кажда четна перегородка выполнена со щел ми, распрложенными между пакетами..one. COLUMNING FOR CONDUCTING MASS-EXCHANGE PROCESSES, comprising a housing, contact devices made as separate packages installed in parallel rows, and located along the height of the front wall of the partition with openings for the passage of steam and liquid outflow, which is gas and liquids and an increase in the efficiency of mass transfer due to the rational use of the working volume of the column and the sectioning of the flows, each even partition is made with slots, bubbled between packets.

Description

2. Колонна по п. 1, отличающа с тем, что щели расположены между р дами пакетов.2. A column according to claim 1, characterized in that the slots are located between rows of packages.

3,Колонна по п, . 1, отличающа с тем, что щели расположены внутри каждого пакета.3, Column according to claim. 1, characterized in that the slots are located inside each package.

4.Колонна по пп. 1-4, отличающа с тем, что вертикаль10840354. Column on PP. 1-4, characterized in that vertical 1084035

ные оси пакетов по высоте совмещены .The package axes in height are aligned.

5. Колонна по пп. 1-3, о т л йчающа с тем, что вертикальные оси пакетов смещены,5. A column of paragraphs. 1-3, that is, the vertical axes of the packets are shifted,

6. Колонна по пп. 1-5, о т л ичающа с тем, что периферийные пакеты выполнены по форме, повтор ющей геометрию корпуса колонны.6. A column of paragraphs. 1-5, that is, the peripheral packages are made in the shape that repeats the geometry of the column body.

Изобретение относитс к аппаратам дл проведени массообменных процессов в системе газ - жидкость.и, в частности, может быть использовано дл ректификации, абсорбции в нефтеперерабатывающей , нефтехимической и других отрасл х народного хоз йства.The invention relates to apparatus for carrying out mass exchange processes in a gas-liquid system. In particular, it can be used for rectification, absorption in the oil refining, petrochemical and other sectors of the national economy.

Известна тепломасообменна колон-, на с насадкой, разделенной на секции горизонтальными перегородками с отверсти ми дл прохода газа и гидрозатворами дл перетока жидкости и ограниченной проницаемыми стенками. Контакт газа и жидкости в объеме насадки происходит в перекрестно-пр моточном режиме С1 .The known heat and mass exchange column is on, with a nozzle divided into sections by horizontal partitions with openings for the passage of gas and hydraulic locks for the flow of liquid and limited by permeable walls. The contact of gas and liquid in the volume of the nozzle occurs in cross-flow mode C1.

Недостатком этой колонны вл етс низка эффективность аппарата вслед-ствие того, что, во-первых, в каждой секции имеетс свободна зона дл проскока пара без контакта с жидкостью, образованна горизонтальной перегородкой и слоем насадки, вовторых , применение гидрозатворов дл орошени насадки обеспечивает неравномерное орошение насадки. Кроме того, конструкци этой колонны не обеспечивает высокую производительность по пару при сохранении допустимых нагрузок, так как сечение дл прохода пара в насадке вл етс небольшим.The disadvantage of this column is the low efficiency of the apparatus due to the fact that, firstly, in each section there is a free zone for steam penetration without contact with liquid, formed by a horizontal partition and a nozzle layer, secondly, the use of hydraulic locks for irrigation of the nozzle provides uneven irrigation nozzles In addition, the design of this column does not provide high performance for the pair while maintaining the permissible loads, since the section for the passage of steam in the packing is small.

Известна также колонна с перекрестноточным движением фаз в контактных вертикальных проницаемых решетках, выполненных в форме двух цилиндров, которые установлены коа ссиально С2 .A column with cross-phase motion of phases in contact vertical permeable grids, made in the shape of two cylinders, which are mounted coaxially with C2, is also known.

Эти коаксиальные цилиндры установлены в аппарате одиночно или группой . Групповое расположение цилиндров в колонне не позвол ет существенно увеличить производительность аппарата по сравнению с одиночным расположением цилиндров, так как объем колонны при этом используетс These coaxial cylinders are installed in the device singly or in groups. The group arrangement of the cylinders in the column does not allow a significant increase in the productivity of the apparatus compared to a single arrangement of cylinders, since the volume of the column is used in this case.

нерационально. Кроме того, выполнение контактных устройств в виде вертикальных проницаемых решеток обеспечивает весьма низкую пропускную способность по газу и жидкости и низкую эффективность массообмена Из-за крайне малой поверхности контакта фаз, плохого распределени жидкости и высоких скоростей газа в отверсти х решеток.irrational. In addition, the implementation of contact devices in the form of vertical permeable grids provides a very low gas and liquid throughput and low mass transfer efficiency due to the extremely small contact surface of the phases, poor fluid distribution and high gas velocities in the holes of the grids.

Известна колонна дл взаимодействи газа с жидкостью, состо ща из корпуса, внутри которого размещена насадка, разделенна на секции горизонтальными перегородками с отверсти ми дл прохода газа и ограниченна газопроницаемыми стенками, образующими проходы дл газа. Газопроницаемые стенки выполнены в виде двух коаксиальных перфорированныхThe prior art gas-to-liquid gas column consists of a casing within which a nozzle is placed, divided into sections by horizontal baffles with openings for the passage of gas and limited by gas-permeable walls forming the passages for gas. Gas-permeable walls are made in the form of two coaxial perforated

стаканов. На перегородках размещены отверсти дл прохода газа таким образом, что газ последовательно проходит слои насадки только в радиальном направлении. В области располоQ жени насадки перегородки снабжены концентрическими р дами отверстий дл перетока жидкости. Известна ко:лонна работает следующим образом. В контактную секцию газ поступает через центральное отверстие, выполненное в горизонтальной перегородке, и направл етс к внутренней поверхности стакана. Жидкость на насадку стекает через отверсти перегородки „ .распределительной плиты, перекрывающей внутреннюю полость стакана. Газ, .проход насадку в радильном направлении , контактирует с жидкостью. После контакта газ имеет свое направление на аксиальное и поступает в свободную зону, раздел ющую две контактные секции. В -ЭТОМзоне происходит частич ный тепломасс-обмен между газом и жидкостью. Далее газ поступает снова в центральное отверстие вышерасположенной горизонтальной перегородки, на которой размещена следующа контактна секци , и процесс тепломассообмена между газом и жидкостью повтор етс t }. Недостатком известной колонны, вл етс низка производительность аппарата по газу и жидкости, так как на каждой секции колонны сечение дл прохода газа, образованное поверхностью газопроницаемой стенки, вл етс небольшим. Регулирование же этих сечений производитс изменег нием диаметра и высоты как каждой cieK ции, так и нецелом всей колонны. Учитыва возрастающие затраты на оборудование при изменении геометрических размеров колонны, невозможно значительно увеличить Производительность этого аппарата по газу и жидкости при сохранении допустимых нагрузок. Таким образом, недостатком прототипа вл етс низка производительность по газу и жидкости вследствие ограничени сечений дл прохода пара и жидкости в зависимости от геометричес ких размеров колонны. Цель изобретени - повышение произ водительности по газу и жидкости и увеличение эффективности массообмена за счет-рационального использовани рабочего объема колонны и секЦио- нировани потоков. Поставленна цель достигаетс / (Тем, что в насапочной колонне, содержащей корпус, контактные элементы, , выполненные в виде отдельньгх паке- тов объемной насадки, расположенной между двум замкнутыми газопроницаемыми стенками, и горизонтальных пере городок с отверсти ми дл прохода газа и перетока жидкости, кажда четна перегородка выполнена со щел ми , расположенными между пакетами. Целесообразно располагать щели между р дами пакетов и внутри каждого пакета, а пакеты устанавливать по высоте колонны так, что вертикальные оси пакетов совмещены или смещены . Периферийные пакеты целесообразно выполн ть по форме, повтор ющей геометрию корпуса колонны. На фиг. 1 изображен в аксонометрии фрагмент предлагаемой .насадочной колонны, контактные устройства в колонне расположены параллельными р дами в шахматном пор дке (по высоте колонны эти устройства разделены по всему горизонтальными сече.нию перегородками)-, на фиг. 2 - то же, контактные устройства расположены параллельными р дами в коридорном пор дке и разделены перегородками по всему горизонтальному сечению, в перегородках щели расположены внутри каждого пакета на фиг. 3 - то же, контактные устройства расположены в коридорном пор дке и разделены перегородками как по всему горизонтальному сечению, так и перегородками, установленными под р дами контактных устройств, выполненными с щел ми, расположенными между р дами-, а фиг. 4 - то же, контактные устройства расположены параллельными р дами в коридорном пор дке и разделены перегородка1 и по всему горизонтальному сечению и индивидуальными пегородками , вертикальные оси пакетов по высоте совмещены} на фиг. 5 - то же, периферийные контактные устройства выполнены по форме, повтор ющей геометрию корпуса-, на фиг. 6 соединение двух контактных устройств и организаци движени газа и жидкости; на фиг. 7 - два контактных устройств пирамидальной формы; на фиг, 8 - контактные устройства конической формы; на фиг. 9 - контактные устройства сегментно-призматической и секторно-призматической формы. Колонна содержит корпус 1, кон тактные устройства 2, перегородки 3 по всему горизонтальному сечению перегородки, которые могут быть выполнены в виде отдельных 4 и индивидуальных 5 перегородок. Контактные устройства 2 выполнены в виде объемной насадки 6, например, из сетчатой полосы, расположенной между двум замкнутыми газопроницаемыми стенками 7 и 8. Эти газопроницаемые стенки контактного устройства могут быть выполнены из просечно-выт жного листа и жесткой сетки. В зависимости от нагруженности по пару и жидкости, а также в зависимости от пор дка расположени контактных устройств в аппарате замкнутые газопроницаемые стенки могут иметь различную форму, например многогранную призму, многогранную усеченную пирамиду, усече ный конус и т.п. С целью рационального использовани объема колонны контактные устройства, установленные в аппарате, могут иметь как единую форму, так и различную форму и набор их может приближатьс к геомет рии аппарата. Сплошные перегородки 3, отдельные перегородки 4 и индивидуальные перегородки 5 выполнены со щел ми 9 дл прохода газа, которые ограничены сливными планками tO, а также с отверсти ми 11 .дл перетока жидкости на насадку. Предлагаема колонна работает следуи цим образом. Газ проходит через щели 9, выполп нённые в сплошных 3 перегородках или образованные отдельными 4 или индивидуальными 5 перегородками, и поступает в горизонтальное сечение колонны, где расположены контактные устройства. Далее газ через газопроницаемые стенки 7 входит в объем насадки 6, контактирует со стекающей жидкостью в перекрестном токе и выходит через газопроницаемые стенки 8. Жидкость поступает на насадку под действием гидростатического напора через отверсти t1 в горизонтальных перегородках. Предлагаема конструкци колонны по сравнению с прототипом и известны ми насадочными колоннами, в которых контакт газа и жидкости происходит в перекрестном потоке, позвол ет увеличить производительность аппарата по газу и жидкости при сохранении допустимЬгх нагрузок в контактных устройствах либо позвол ет соответственно сократить высоту или диаметр колонны. Предлагаема конструкци колонны с расположением пакетов параллельными р дами в шахматном пор дке (фиг. обеспечивает увеличение производительности или уменьшение высоты колонны примерно в три раза по сравнению с прототипом. Этот сравнительный анализ проведен по одинаковой величине сечени дл прохода пара на каждой секции без учета толщины насадки вписыванием в горизонтальное сечение колонны равного размера геометрических фигур (фиг. 1), причем высоты сечений в предлагаемой конструкции и в прототице были прин ты равными. Кроме того,, предлагаема конструкци колонны позвол ет более рационально использовать рабочий объем колонны и обеспечить тем самым равномерное распределение газового и жидкостного потока по горизонтальному сечению аппарата. Различное выполнение щелей в четных и нечетных перегородках обеспе- чивает перекрестноточное движение пара по отношению к стекающей жидкости и регулирует степень секционировани парового потока по объему колонны. Регулирование степени секционировани жидкостного, потока обеспечиваетс расположением пакетов насадки по высоте колонны с различным смещением их вертикальных осей. Кроме того, совмещением или.смещением осей пакетов одновременно регулируетс и степень секционировани паровых потоков. Следствием секционировани жидкостных и паровых потоков по объему колонны вл етс повышение эффективности массообмена. В зависимости от паровых и жидкостных нагрузок и требовани по чистоте получаемых продуктов, которые определ ютс конкретной технологией, требуетс различна степень секционировани взаимодействующих фаз. Пример 1. В насадочной колонне (фиг. 1) установлены на перегородках пакеты со смещением по вертикальным ос м и соединены между собой по ребрам. Перегородки в колонне снабжены щел ми между каждыми из четырех пакетов. Организаци распределени потоков следующа . Поток жидкости с каждого пакета равномерно стекает по четырем сторонам на соответствующие стороны нижерасположенных пакетов. При этом больша часть жидкости поступает на нижерасположенные пакеты с ограниченным смещением. Газовый поток, выход щий из щели , делитс на четыре части. Кажда из них контактирует с жидкостью в перекрестном токе при прохождении одной стороны пакета и затем смешиваетс в вьш1ерасположенной щели с трем равнозначными част ми газа, прошедШими остальные стороны пакета. Таким образом, в данной конструкции осуществл етс равнозначное секционирование потоков жидкости и пара. Пример 2. В насадочной колонне (фиг. 2) установлены на перегородках пакеты в коридорном пор дке . В перегородках выполнены щели дл прохода пара, которые расположе ны внутри каждого пакета. Поток жидкости в этом варианте перемешива етс в большей степени, чем в йримере ,1. Паровой поток за счет коридорного расположени пакетов равнозначно секционируетс со- смещением в пространстве между четной и нечет ной перегородками. Таким образом, в данной конструк ции обеспечиваетс равнозначное секционирование потоков с последующим их смещением. Смешение потоков способствует выравниванию концентра ций компонентов в потоках и тем .самым повышению эффективности массообмена . Пример 3. В насадочной колонне (фиг. 3) пакеты расположеныglasses. On the partitions there are holes for the passage of gas in such a way that the gas successively passes through the layers of the nozzle only in the radial direction. In the area of location, the nozzle seals are provided with concentric rows of openings for the flow of fluid. Known to: lonna works as follows. The gas enters the contact section through a central opening made in a horizontal septum and is directed to the inner surface of the glass. The liquid on the nozzle flows through the openings of the partition "of the distribution plate, which overlaps the internal cavity of the glass. The gas, which passes the nozzle in the radial direction, is in contact with the liquid. After contact, the gas has its direction to the axial and enters the free zone separating the two contact sections. In this ET-zone there is a partial heat and mass exchange between gas and liquid. Then the gas enters again into the central hole of the upstream horizontal partition, on which the next contact section is located, and the process of heat and mass transfer between the gas and the liquid repeats t}. A disadvantage of the known column is the low productivity of the apparatus for gas and liquid, since on each section of the column the cross-section for the passage of gas formed by the surface of the gas-permeable wall is small. The regulation of these sections is made by varying the diameter and height of each cieK, as well as the non-target of the entire column. Taking into account the increasing costs of equipment when changing the geometric dimensions of the column, it is impossible to significantly increase the performance of this unit for gas and liquid while maintaining the permissible loads. Thus, the disadvantage of the prototype is the low gas and liquid throughput due to the restriction of the cross sections for the passage of steam and liquid depending on the geometric dimensions of the column. The purpose of the invention is to increase the productivity of gas and liquid and increase the efficiency of mass transfer due to the rational use of the working volume of the column and the secretion of flows. The goal is achieved by / (The fact that in the packing column, which includes a housing, contact elements, made in the form of separate packages of a volumetric nozzle located between two closed gas-permeable walls, and a horizontal overflow with openings for the passage of gas and liquid flow, each even partition is made with slots located between the packages. It is advisable to position the slots between the rows of packages and inside each package, and the packages to be installed along the height of the column so that the vertical axes of the packages Peripheral packages are expediently made in a shape that repeats the geometry of the column body. In Fig. 1 is a perspective view of a fragment of the proposed packing column, the contact devices in the column are arranged in parallel rows in a checkerboard pattern (the height of the column is divided over the whole horizontal section. partitions) -, in Fig. 2 - the same, the contact devices are arranged in parallel rows in the corridor order and separated by partitions along the whole horizontal section, in the break The slits are located inside each packet in FIG. 3 - the same, the contact devices are located in the corridor order and are divided by partitions both along the whole horizontal section and by partitions installed under the rows of contact devices made with gaps between the rows, and FIG. 4 - the same, the contact devices are arranged in parallel rows in the corridor order and are separated by a partition 1 and over the entire horizontal section and individual blankets, the vertical axes of the packages are combined in height in}. 5 is the same, the peripheral contact devices are made in the shape that repeats the geometry of the housing; FIG. 6 connecting two contact devices and organizing the movement of gas and liquid; in fig. 7 - two pyramidal contact devices; Fig, 8 - conical shaped contact devices; in fig. 9 - contact devices of a segment prismatic and sector prismatic form. The column contains body 1, contact devices 2, partitions 3 along the entire horizontal section of the partition, which can be made in the form of separate 4 and individual 5 partitions. Contact devices 2 are made in the form of a volumetric nozzle 6, for example, from a mesh strip located between two closed gas-permeable walls 7 and 8. These gas-permeable walls of a contact device can be made of an expanded sheet and a rigid mesh. Depending on the loading with steam and liquid, as well as depending on the order of location of contact devices in the apparatus, closed gas-permeable walls can have various shapes, for example, a multi-faceted prism, a multi-faceted truncated pyramid, a truncated cone, etc. In order to rationally use the volume of the column, the contact devices installed in the apparatus can have both a uniform shape and different shapes, and their set can approach the geometry of the apparatus. Solid partitions 3, separate partitions 4 and individual partitions 5 are made with slots 9 for the passage of gas, which are limited by drain bars tO, as well as with openings 11. for the flow of fluid to the nozzle. The proposed column works in the following manner. The gas passes through slots 9, made in solid 3 partitions or formed by separate 4 or individual 5 partitions, and enters the horizontal section of the column, where the contact devices are located. Next, the gas through the gas-permeable walls 7 enters the volume of the nozzle 6, contacts the flowing liquid in the cross-flow current and exits through the gas-permeable walls 8. The liquid enters the nozzle under the action of hydrostatic pressure through the openings t1 in horizontal partitions. The proposed design of the column compared to the prototype and known packed columns, in which gas and liquid contact occurs in cross-flow, allows an increase in gas and liquid productivity of the apparatus while maintaining permissible loads in the contact devices or allows reducing the height or diameter of the column accordingly. The proposed design of a column with packages arranged in parallel rows in a checkerboard pattern (Fig. Provides an increase in productivity or a decrease in the height of the column by about three times compared to the prototype. This comparative analysis was performed on the same cross section for passing steam on each section without taking into account the thickness of the packing fitting in a horizontal section of a column of equal size of geometric figures (Fig. 1), with the heights of the sections in the proposed design and in the prototice being assumed equal. A, the proposed column design allows for a more rational use of the working volume of the column and thus ensures an even distribution of the gas and liquid flow over the horizontal section of the apparatus. Different clearances in the even and odd partitions ensure the cross-flow of steam with respect to the flowing liquid and regulate the degree of separation of the vapor flow over the volume of the column. The regulation of the degree of separation of the liquid, the flow is provided by the location of the packages the height of the column with a different offset their vertical axes. In addition, the degree of separation of the vapor flows is also simultaneously controlled by the combination or displacement of the axes of the packets. The consequence of the separation of liquid and vapor streams along the column volume is an increase in mass transfer efficiency. Depending on the vapor and liquid loads and the purity requirements of the products obtained, which are determined by a particular technology, different degrees of separation of the interacting phases are required. Example 1. In a packed column (Fig. 1), packages are mounted on partitions with displacement along vertical axes and interconnected along edges. The bulkheads in the column are provided with slots between each of the four packages. The organization of the flow distribution is as follows. Fluid flow from each bag flows evenly on the four sides to the corresponding sides of the downstream bags. In this case, most of the liquid enters the lower-lying packages with limited displacement. The gas stream exiting the slot is divided into four parts. Each of them is in contact with a fluid in a cross-flow through the passage of one side of the bag and then mixed in an upper slot with three equal parts of the gas passed through the other sides of the bag. Thus, in this construction, an equivalent separation of liquid and vapor flows is carried out. Example 2. In the packed column (Fig. 2), packages were installed on partitions in the corridor order. In the partitions there are slots for the passage of steam, which are located inside each package. The fluid flow in this embodiment is mixed to a greater extent than in the yrimer, 1. The steam flow, due to the corridor arrangement of the packages, is equivalently partitioned by a displacement in the space between the even and odd partitions. Thus, in this design, an equivalent partitioning of the flows with their subsequent displacement is provided. Mixing the streams contributes to leveling the concentrations of the components in the streams and thereby increasing the efficiency of mass transfer. Example 3. In the packed column (Fig. 3) the bags are located

58 параллельными р дами, между которыми выполнены щели дл прохода паров. Б результате такого расположени щелей смешение потоков жидкости и пара неравнозначное на четных и нечетных перегородках. Неравнозначно и секционирование жидкости и пара по ступен м. Пример 4.В насадочной колонне (фиг. 4) установлены совмещенные пакеты. Така конструкци , как и вариант 3, обеспечивает неравнозначное смешение и секционирование жидкостных и паровых потоков по ступен м . Таким образом, использование предлагаемого изобретени обеспечивает по сравнению с прототипом и известными аналогами увеличение производительности по газу и жидкости и повышение эффективности массообмена.58 parallel rows, between which there are gaps for the passage of vapor. As a result of this arrangement of the slots, the mixing of liquid and vapor flows is unequal on even and odd partitions. The partitioning of the liquid and vapor is also unequal. Example 4. In the packed column (Fig. 4), combined packages are installed. Such a structure, as well as option 3, provides unequal mixing and sectioning of liquid and vapor flows in stages. Thus, the use of the proposed invention provides, in comparison with the prototype and known analogs, an increase in gas and liquid productivity and an increase in the efficiency of mass transfer.

Л XLx

пP

Фиг.FIG.

Claims

.1 / COLUMN FOR CARRYING OUT MASS EXCHANGE PROCESSES, comprising a housing, contact devices made in the form of separate packages installed in parallel rows and located in height between the packages of the partition with openings for the passage of steam and liquid drain, characterized in that, in order to increase productivity for gas and liquid and increasing the efficiency of mass transfer due to the rational use of the working volume of the column and sectioning of the flows, each even partition is filled with slots spread between in packages.

youSU 1084035

7.

2. The column by π. 1, characterized in that the slots are located between the rows of packages.

3. The column under item. 1, characterized in that the slots are located inside each package.

4. The column according to paragraphs. 1-4, characterized in that the vertical axis of the packages are aligned in height.

5. The column according to paragraphs. 1-3, which includes the fact that the vertical axis of the packets are offset.

6. The column according to paragraphs. 1-5, characterized in that the peripheral packets are made in a shape that repeats the geometry of the column body.