Тепломассообменная колонна

Тепломассообменная колонна

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Союз Советских

Социалистическик

Республик

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИ ЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. саид-ву (22) Заявлено 280378 (21) 2596493/23-26 с присоединением заявки ¹ (23) Приоритет

Опубликовано 050580 Бюллетень № 17

Дата опубликования описания 05.05.80 51)М, К.2

В 01 D 3/20

В 01 D 3/32

Государственный комитет

СССР по делам изобретений и открытий (53) УДК 66. 015. 2 3. .05 (088.8) (72) Авторы изобретения

Л ° 3.Шендеров, Б,E.Рощин и В.В.Дильман. (71) Заявитель (5 4) TEIlIIOMACCOOBNEHHAR КОЛОННА

Изобретение относится к аппаратам для проведения массообменных процессов в системах гаэ — жидкость, н частности к абсорбционным и ректификационным колоннам, и может быть исполь-5 зонано н химической, нефтеперерабатывающей, газовой, пищевой промышленности.

Известен массообменный аппарат с насадкой различных типов, нключающий 10 решетки и распределители, установленные в слое насадки (1), Газ и жидкость в этих аппаратах движутся по схеме протинотока, Вследствие этого скорости их движения 15 ограничены захлебыванием насадки.

Между тем массообмен н насадочных колоннах наиболее интенсивен в режимах, близких к захлебыванию. Таким образом, противоток в апйаратах с на-20 садкой лимитирует и производительность, и эффективность массопередачи, которая сильно зависит от скоростей газа и жидкости.

Наиболее близкой по технической 25 сущности и достигаемому эффекту является массообменная колонна для взаимодействия газа с жидкостью, состоящая иэ корпуса, внутри которой размещена насадка, разделенная íà 3() слои перегородками с отверстиями для прохода газа и огоаниченная газопроницаемыми стенками, образующими проходы для газа. Газопроницаеьые стенки ныполнены н виде коаксиальных перфорированных цилиндров, На перегородках размещены отверстия для прохода газа таким образом, что гаэ последовательно проходит все слои насадки в радиальном направлечии. В области расположения насадки перегородки снабжены концентрическими рядами отнерстий,цля перетока жидкости (2) .

Недостатками известной колонны являются ограниченные эффективность массообмена и производительность по газу и жидкости вследствие того, что на каждой ступени контакта (в каждом слое насадки) гаэ проходит, взаимодействуя с жидкостью на сравнительно небольшом пути, равном толщине кольценого ппостранства между перфорированными цилиндрами.

При ранномерном орошении доля жидкости, протекающей ближе к наружному цилиндру, существенно больше доли жидкости, протекающей окало внутреннего цилиндра, так как площадь элементарного кол -.ца малой ширины, 731984 которое можно выделить в кольцевом сечении насадочного слоя, растет прямо пропорционально ст»еднему радиусу этого кольца. Скорость газа, пеоесекающего кольцевой слой в радиальном направлении, изменяется обратно пропорциональна радиусу. Известно, что локальная эффективность массопередачи в высокой степени зависит от скорасти газа. В данной колонне зоны, через которые проходит большая часть жидкости, соответствуют меньшей скорости газа.

Перелив жидкости из слоя в слой асуществляется через отверстия в перегородках. При увеличении нагрузки по газу сопротивление нормального 15 хода газа. может оказаться сравнивым с сопротивлением отверстий, и. гаэ частично пойдет через них, в результате чего колонна захлебывается. С другой стороны, необходимость иметь отверстия с сопротивлением, предотвращающим захлебывание, снижает пропускную способность колонны по жидкости .

Целью изобретения является повышение производительности по газу и жидкости и повьпаение эффективности массообмена эа счет увеличения пути газа в пределах одной контактной ступени. для достижения поставленной цели ЗО она снабжена расположенными .между перегородками глухими перегородками с переливными устройствами и гидрозатворами, гаэопроницаеьые стенки соединены с глухими перегородками -35 и одна иэ газопроницаемых стенок выполнена со сплошным участком, размещенным на противоположных сторонах соседних глухих перегородок. Целесообразно в колонне проходы для газа выполнять в виде сегмента, газопроницаемые стенки устанавливать наклонно и последние выполнять с направляющими элементами, рекомендуется над глухими перегородками размещать перегородки на расстоянии 0,01-0,1 диаметра колонны.

Преимуществами предлагаемого массообменного аппарата по сравнению с известными являются большая производительность по газу и жидкости и высо- 5О кая эффективность массообмена благодаря тому, что выполнение контактной ступени колонны в виде слоя насадки, ограниченного глухими перегородками и переток жидкости из слоя в слой через переливные устройства с гидрозатворами, позволяет обеспечить высокие нагрузки по жидкости и большие скорости газа в слое насадки в пряьюточно-перекрестноточном режиме, 4Î практически ие опасаясь захлебывания.

Выполнение гаэопроницаемых стенок со сплошными участками на противоположных по диаметру сторонах соседних глухих перегородок увеличивает путь газа в пределах одной контактной ступени и тем самым повышает эффективность массообмена на ней. Выполнение проходов для 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 поля скоростей газа в сечении колонны и тем самым способствуют уменьшению неравномерности локальной эффективности массообмена в слое насадки и снижению дополнительного гидравлического сопротивления, обусловленного неравномерностью поля скоростей газа. Размещение под глухими перегородками, разделяющими насадочные слои, перфорированных перегородок непосредственно под гидрозатворамй вышележащих переливных устройств, позволяет обеспечить более равномерное распределение в насадочном слое жидкости, вытекающей иэ переливных устройств, и, кооме того, создает на перфорированной перегородке дополнительную зону контакта л»аз.

Пропуск части газа через эту зону увеличивает производительность колонны по газу. Наклонная установка гаэопроницаемых стенок, ограничивающих слой насадки, позволяет увеличить полезный объем насадки в пределах данного слоя. Выполнение газопооницаемых стенок (через которые газ выходит из слоя насадки) с направляющими элементами, отклоняющих газовый поток, позволяет улучшить сепарацию капель жидкости из газового потока в проходе для газа и тем самьл уменьшить унос жидкости, снижающий эффективность массообмейа в колонне. Размещение над глухой перегородкой перегородки на расстоянии 001-0,1 диаметра колонны облегчает стекание жидкости из насадочного слоя,ее дегаэацию и поступление в переливные устройства.указанные пределы расстояния между перегородкой и глухой перегородкой,во-первых, не должно быть меньше возможной негориэонтальности глухой перегородки, во-вторых, для эффективного отвода жидкости иэ насадочного слоя и свободного ее перетока по глухой перегородке к переливным устройствам вполне достаточно зазора высотой в 1-2 характерных размера применяемой насадки. Промышленный опыт показывает, что эти величины связаны с диаметром колонны и лежат в укаэанных пределах.

Иа фиг. 1 показана предлагаемая массообменная колонна; на фиг. 2— разрез A-A фиг. 1.

Иассообменная колонна имеет корпус 1, внутри которого расположены насадочные слои 2, разделенные глухими перегородками 3, снабженными переливными устройствами 4, например, трубчатого типа и гидроэатворами !». Под гидроэатворами 8 располо731984 жена перфорированная перегородка б, ограничивающая насадочный слой 2 сверху и служащая для улучшения распределения жидкости в насадочном слое 2 и создания дополнительной эонь| контакта фаз. Над перегородкой 3 рас положена перегородка 7, ограничивающая насадочный слой 2 снизу и служащая для облегчения поступления жидкости в переливные устройства 4.

Со стороны входа газа насадочный слой 2 ограничен газопроницаемой стенкой 8, пропускающей газ только в области расположения наса ки и выполненной, например, в виде решетки со сплошным участком в зоне глухой перегородки. Со стороны выхода газа слоЯ 2 ограничен газопроницаемой стенкой 9, выполненной в виде гаэонаправляющей решетки, например, жалюзийного типа, отклоняющей газовый поток в целях сепарации из него капель жидкости. Газопроницаемые стенки 8 и 9, установленные наклонно для увеличения полезного объема насадки в слое 2, образуют со стенками корпуса 1 проходы 10 для газа, имеющие вид сегмента переменного сечения.

Иассообменная колонна работает следующим образом.

Газ через стенку 8 поступает в насадочный слоЯ 2, где, двигаясь с большой скоростью в прямоточно-перекрестноточном режиме, взаимодействует с жидкостью, стекающей по насадке, частично увлекая жидкость в направлении своеro движения. Газ выходит из насадочного слоя через перфорированную перегородку б в зазор между перегородкой б и перегородкой .3, так как гидравлическое споротивление этого .зазора меньше, чем сопротивление насадочного слоя., При этом на перегородке б обоаэуется дополнительная зона контакта фаэ и в режиме, напоминающем работу провальной тарелки, происходит взаимодействие упомянутой части газа с жидкостью, перетекающей иэ вышележащего слоя насадки 2 в данный слой по переливным устройствам 4 и распределяющейся по насадке с помощью перегородки б.

Из насадочного слоя 2 и зазора между перегородкой б и перегородкой 3 гаэ выходит в проход 10 через гаэопроницаемую стенку 9. Высокие скорости газа в колонне делают неизбежным капельный унос определечного количества жидкости. Газопроницаемая стенка 9 отклоняет газокапельный поток таким образом, что делает неизбежным соударение потока со стен.кой .корпуса 1 и последующий резкий поворот потока газа, во время которых происходит сепарация капель жидкости, осаждающихся на стенке 1 и стекающих ней в виде пленки в нижнюю часть сегмента.10, а Оттуда в зазор между

Формула и зо брет ени я

1. Тепломассообменная колонна для взаимодействия газа с жидкостью, содержащая корпус, внутри которого размещена насадка, разделенная на слои перегородками с отверстиями для прохода газа и ограниченная газопроницаемыми стенками, образующими со стенками корпуса проходы для газа, отличающая сятем,что, с целью повышения производительности по газу и жидкости и повышения эффективности массообмена путем увеличения пути газа в пределах одной контактной ступени, она снабжена расположенными между перегородками глухими перегородками с переливными устройствами и гидроэатворами, гаэопроницаемые стенки соединены с глухими перегородками и одна из газопроиицаемых стенок выполнена со сплошным участком, размещенным на противоположных сторонах соседних глухих перегородок, 60

65 перегородкой 7 и глухой перегородкой 3 ° Жидкость из насадочного слоя

2 через перегородку 7 попадает в тот же зазор, где, не встречая сопротивления насадки, равномерно распределяется по площади перегородки 3, освобождаясь. при этом от пузырьков газа, и через переливные устройства 4 поступает в нижележащий насадочный слой 2.

Использование перекрестного тока газа в насадочном слое в сочетании, с передачей жидкости из слоя в слой через переливы с гидрсзатворами позволяет существенно увеличить скорость газа в насадочном слое и производительность по жидкости. Повышение скорости газа на контактной ступени при одновременном существенном увеличении длины пути газа в пре-. делах данной ступени при одинаковых

20 диаметрах колонны и высоте насадочного слоя даст весьма заметное псвышение эффективности массообмена, Создание дополнительной зоны контакта фаз и размещение дополнительных объемов насадки позволит более рационально использовать объем массообменной колонны.

Испытания гидродинамической модели подтвердили высокую работоспособность колонны.

Использование данного изобретения для создания абсорберов очистки технологического газа от углекислоты в производстве аммиака позволит уве.личить производительность одного аппарата до 400000 нмэ/ч по газу и

2400-2500 н /ч но жидкости при диаметре аппарата 4,2-4,5 м, что позволит сэкономить от 300 до 500 тыс.руб. на каждом аппарате °

731984

@из. Л

Подписное

Тираж 809

ЦНИИЛИ Заказ 1588/4

Филиал ЕПЛ Патент, г. Ужгород, ул. Проектная, 4

2, Колонна по п. 1, о т л и ч а ющ а я с я тем, что проходы для газа выполнены в виде сегмента.

3. Колонна по пп.l и 2, о т л ич а ю щ а я с я тем, что газопроницаемые стенки установлены наклонно.

4. Колонна по пп.1-3, о т л и ч à lo щ а я с я тем, что газопроницаемые стенки выполнены с направляющими элементами.

5. Колонна по пп ° 1-4, о т л и ч а ю щ а я с я тем, что перегородки раэмещены над глухими перегородками на расстоянии 0,01-0,1 диаметра колонны.

Источники информации, принятые но внимание прн экспертизе

1, Рамм В И. Абсорбция газов. И., 1966, с,378.

2. Патент ФРГ 9 1243143, кл. 12 а, 5, 1967 (прототип),