SU731984A1 - Тепломассообменна колонна - Google Patents

Description

(54) ТЕПЛОМАССООБМЕННАЯ КОЛОННА

1

Изобретение относитс  к аппаратам дл  проведени  массообменных пооцессов в системах газ - жидкость, в частности к абсорбционным и ректификационным колоннам, и может быть исполь-5 зовано в химической, нефтеперерабатывающей , газовой, пищевой промышленности .

Известен массообменный аппарат с насадкой различных типов, включающий О решетки и распределители, установленные в слое насадки 1.

Газ и жидкость в этих аппаратах движутс  по схеме противотока. Вследствие этого скорости их движени  15 ограничены захлебыванием насадки. Между тем массообмен в насадочкнх колоннах наиболее интенсивен в режимах , близких к захлебыванию. Таким образом, противоток в аппаратах с на-20 садкой лимитирует и производительность , и эффективность массопередачи, котора  сильно зависит от скоростей газа и жидкости.

Наиболее близкой по технической 25 сущности и достигаемому эффекту  вл етс  массообменна  колонна дл  взаимодействи  газа с жидкостью, состо ща  из корпуса, внутри которой размешена насадка, разделенна  на 30

слои перегородками с отверсти ми дл  прохода газа и огоаниченна  газопроницаемыми стенкрми, образующими проходы дл  газа. Газопроницаемые стенки выполнены в виде коаксиальных перфорированных цилиндров. На перегородках раз.мещены отверсти  дл  прохода газа таким образом, что газ последовательно проходит все слои насадки в радиальном.направлелии. В области расположени  насадки перегородки снабжены концентрическими р дами отверстий ,цл  перетока жидкости 2 .

Недостатками известной колонны  вл ютс ограниченные эффективность массообмена и производительность по газу и жидкости вследствие того, что на каждой ступени контакта (в каждом слое насадки) газ проходит, взаимодейству  с жидкостью на сравнительно небольшом пути, равном толс нне кольцевого пространства между перфорированными цилиндрами.

При равномерном орошении дОл  жидкости, протекающей ближе к наружному цилиндру, существенно больше жидкости, протекаюгаей около внутреннего цит чндра, так как плошадь элементарного кольца малой ширины.

которое можно выделить в кольцевс и сечении насадочного сло , растёт пр мо пропорционально спеднему радиусу этого кольца. Скорость газа, пеоесекающего кольцевой слой в радиальном направлении, измен етс  обратно пропорционально радиусу. Известно, что локальна  эффективность массо передачи в высокой степени зависит от скорости газа. В данной колонне зоны, через которые проходит больша  часть жидкости, соответствуютменьшей скфрости газа.

Перелив жидкости из сло  в слой осуществл етс  через отверсти  в перегородках . При увеличении нагрузки по газу сопротивление нормального хода газа может оказатьс  сравнимым с сопротивлением отверстий, и. газ частично пойдет через них, в результате чего колонна захлебываетс . С другой стороны. Необходимость иметь отверсти  с сопротивлением, предотвращающим захлебывание, снижает пропускную способность колонны по жидкости.

Целью изобретени   вл етс  повышение производительности по газу и жидкости и повышение эффективности массообмена за счет увеличени  пути газа в пределах одной контактной ступени .

Дл  достижени  поставленной цели она снабжена расположенными между перегородками глухими перегородками с переливными устройствами и гидрозатворами , газопроницаемые стенки соединены с глухими перегородками и одна из газопроницаемых стенок выполнена со сплошным участком, размешенным на противоположных сторонах соседних глухих перегородок. Целесообразно в колонне проходы дл  газа выполн ть в виде сегмента, газопроницаемые стенки устанавливать наклонно и последние выполн ть с направл ющими элементами, рекомендуетс  над глухими перегородками размещать перегородки на рассто нии 0,01-0,1 диаметра колонны.

Преимуществами предлагаемого массообменного аппарата по сравнению с и вестными  вл ютс  больша  производительность по газу и жидкости и высока  эффективность массообмена благодар  тому, что выполнение контактной ступени колонны в виде сло  насадки, ограниченного глухими перегородками и переток жидкости из сло  в слой через переливные устройства с гидрозатворами , позвол ет обеспечить высокие нагрузки по жидкости и большие скорости газа в слое насадки в пр моточно-перекрестноточиом режиме, .практически не опаса сь захлебывани  Выполнение газопроницаемых стенок со сплошными участками на противоположных по дис1метру сторонах соседних глухих перегородок увеличивает путь газа в пределах одной контактной

ступени и тем самым повышает эффективность массообмена на ней. Выполнение проходов дл  газа в виде сегмента между стенками корпуса и газопроницаемыми стенками, ограничивающими слой насадки, и диаметральный характер хода всего газа от зазора к зазору приводит к уменьшению неравномерности пол  скоростей газа в сечении колонны и тем самым способствуют уменьшению неравномерности локальной эффективности массообмена в слое насадки и снижению дополнительного гидравлического сопротивлени , обусловленного неравномерностью пол  скбростей газа. Размещение под глухими перегородками, раздел ющими насадочные слои, перфорированных перегородок непосредственно под гидрозатворамй вы1иележащих переливных устройств, позвол ет обеспечить боле равномерное распределение в насадочном слое жидкости, вытекающей из переливных устройств, и, кооме того, создает на перфорированной перегородке дополнительную зону контакта , Пропуск части газа через эту зону увеличивает производительность колонны по газу. Наклонна  установка газопроницаемых стенок, ограничивающих слой насадки, позвол ет увеличить полезный объем насадки в пределах данного сло . Выполнение газопооницаемых стенок (через которые газ выходит из сло  насал н) с направл ющими элементами, отклон юших газовый поток, позвол ет улучшить сепарацию капель жидкости из газового потока в проходе дл  газа и тем самым уменьшить унос жидкости, снижаюгоий эффективность массообмейа в колонне. Размещение над глухой перегородкой перегородки на рассто нии диаметр колонны облегчает стекание жидкости из насадочного сло ,ее дегазгщию и пступление в переливные устройства.Укзанные пределы рассто ни  между перегородкой и глухой перегородкой,во-певых , не должно быть меньше возможной негоризонтальности глухой перегородки , во-вторых, дл  эффективного отвода жидкости из насадочного сло  и свободного ее перетока по глухой перегородке к переливным устройствам вполне достаточно зазора высотой в 1-2 характерных размера примен емо насадки. Промышленный опыт показывает , что эти величины св заны с диаметром колонны и лежат в указанных пределах.

На фиг. 1 показана прегшагаема  массообменна  колонна; на фиг. 2 разрез А-А фиг. 1.

Массообменна  колонна имеет корпус 1, внутри которого расположены насадочные слои 2, разделенные глухими пере город к г1ми 3, снабженными переливными устройствами 4, например , трубчатого типа и гидрозатворами 5, Под гидазозатворами 5 расположена перфорированна  перегородка 6, ограничивающа  насадочный слой 2 сверху и служаща  дл  улучшени  распределени  жидкости в насадочном слое 2 и создани  дополнительной 3OH контакта фаз. Над перегородкой 3 расположена перегородка 7, ограничиваюша  насадочный слой 2 снизу и служаща  дл  облегчени  поступлени  жидкости в переливные устпойства 4. Со стороны входа газа насадочный слой 2 ограничен газопроницаемой стенкой 8, пропускающей газ только в области расположени  и выполненной , например, в виде решетки со сплошным участком в зоне глухой перегородки. Со стороны выхода газа слой 2 ограничен газопроницаемой стенкой 9, выполненной в виде газонаправл юшей решетки, например, жалюзийного типа, отклон ющей газовый поток в цел х сепарации из него капель жидкости. Газопроницаемые стенки 8 и 9, установленные наклонно дл  увеличени  полезного объема насадки в слое 2, образуют со стенками корпуса 1 проходы 10 дл  газа, имеющие вид сегмента переменного сечени .

Массообменна  колонна работает следующим образом.

Газ через стенку 8 поступает в насадочный слой 2, где, двига сь с большой скоростью в пр моточно-перекрестноточном режиме, взаимодействует с жидкостью, стекающей по насадке , частично увлека  жидкость в направлении своего движени . Газ выходит из насадочного сло  через перфорированную перегородку б в зазор между перегородкой 6 и перегородкой.3, так как гидравлическое споротивление этого зазора меньше, чем сопротивление нассщочного сло .. При этом на перегородке 6 образуетс  дополнительна  зона контакта фаз и в режиме, напоминающем работу провальной тарелки , происходит взаимодействие упом нутой части газа с жидкостью, перетекающей из выгаележащего сло  насадки 2 в данный слой по переливным устройствам 4 и распредел ющейс  по насадке с помощью перегородки 6. Из насадочного сло  2 и зазора между перегородкой 6 и перегородкой 3 газ выходит в проход 10 через газопроницаемую стенку 9. Высокие скорости газа в колонне делают неизбежным капельный уносопределенного количества жидкости. Газопроницаема  стенка 9 отклон ет газокапельный поток таким образом, что делает неизбежным соударение потока со стенкой корпуса 1 и последующий резкий поворот потока газа, во врем  которы происходит сепараци  капель жидкости осаждающихс  на стенке 1 и стекающих по ней в виде пленки в нижнюю часть сегмента.10, а оттуда в зазор ькжду

Перегородкой 7 и глухой перегородкой 3, Жидкость из насадочного сло  2 через перегородку 7 попадает в тот же зазор, где, не встреча  сопротивлени  насадки, равномерно распредел етс  по площади перегородки 3, освобожда сь при этсм от пузырьков газа , и через переливные устройства 4 поступает в нижележащий насадочный слой 2.

Использование перекрестного тока

0 газа в насадочном слое в сочетании, с передачей жидкости из сло  в слой через переливы с гидрозатворами позвол ет существенно увеличить скорость газа в насадочном слое и про-,

5 и3водительноеть по жидкости. Повышение скорости газа на контактной ступени при одновременном существенном увеличении длины пути газа в прв делах данной ступени при одинаковых

0 диаметрах колонны и высоте насадочного сло  даст весьма заметное- повышение эффективности массообмена. Создание дополнительной зоны контакта фаз и размещение дополнитель5 ных об-ьемов насадки позволит более рационально использовать объем массообменной колонны

Испытани  гидродинамической модели подтвердили высокую работоспособность колонны.

0

Использование данного изобретени  дл  создани  абсорберов очистки технологического газа от углекислоты в производстве аммиака позволит увеличить производительность одного ап5 парата до 400000 нм5/ч по гаэу и 2400-2500 по жидкости при диаметре аппарата 4,2-4,5 м, что позволит сэкономить от 300 до 500 тыс.руб, на каждом аппарате.

0

Claims (1)

1. Тепломассообменна  колонна дл  взаимодействи  гааа с жидкостью, содержаща  корпус, внутри которого размещена насадка, разделенна  на слои перегородками с отверсти ми дл  прохода газа и ограниченна  газопроницаемыми стенкс1ми, образующими со стенками корпуса проходы дл  газа, отличающа с  тем, что, с целью повышени  производительности по газу и жидкости и повышени  эффективности массообмена путем увеличени  пути газа в пределах одной контактной ступени, она снабжена расположенными между перегородками глухими перегородками с переливными устройствами и гидрозатворами, газопроницаемые стенки соединены с глухими перегородками и одна из газопроницаемых стенок выполнена со сплошным участком, размешенным на противоположных сторонах соседних глухих перегородок.