RU2052284C1 - Hood for the absorptive apparatus - Google Patents

Abstract

FIELD: chemical engineering. SUBSTANCE: hood is made in the form of solid round disks located perpendicularly and eccentric relative to each other so that the eccentricity value is equal to 0.065-0.1 of the diameter. In this case one solid round disk has two through holes located along the axis of symmetry on both sides from the axis of the disk intersection and is placed into the double jacket made of netted material so that the first layer of the net is fixed through the through holes and the second one is loose relative to the first one. EFFECT: enhanced quality of purifying the gas from the acid components due to the increase in the multiplicity of restoration of the surface of the phase contact. 5 dwg, 2 tbl

Description

Изобретение относится к устройствам контакта между газом и жидкостью в массообменных аппаратах газовой, нефтяной, химической и нефтехимической промышленности, в частности к насадкам массообменных аппаратов, работающих в псевдоожиженном трехфазном слое в агрессивных средах, и используется, преимущественно в колоннах для очистки газа от примесей, например от кислых газов. The invention relates to contact devices between gas and liquid in mass transfer apparatuses of the gas, oil, chemical and petrochemical industries, in particular to nozzles of mass transfer apparatus operating in a fluidized three-phase layer in aggressive environments, and is used mainly in columns for cleaning gas from impurities, for example from acid gases.

Известна насадка, выполненная в виде гладких шаров из пластмассы [1]
Недостатком является то, что насадки из шаров с гладкой повеpхностью не обеспечивают интенсивное перемешивание жидкости с газом, а из-за недостаточно эффективного перемешивания жидкости с газом поверхность контакта фаз остается минимальной. Достоинством насадки является простота ее изготовления и то, что при ее использовании в аппарате не образуются застойные зоны.Known nozzle made in the form of smooth balls made of plastic [1]
The disadvantage is that the nozzles from balls with a smooth surface do not provide intensive mixing of the liquid with gas, and due to insufficiently effective mixing of the liquid with gas, the contact surface of the phases remains minimal. The advantage of the nozzle is the simplicity of its manufacture and the fact that when it is used in the apparatus, stagnant zones are not formed.

Наиболее близкой по технической сущности к изобретению является насадка, выполненная в виде трех взаимно перпендикулярных жестко закрепленных по центру дисков [2]
Использование насадки такой конструкции позволяет несколько повысить интенсивность перемешивания и увеличить поверхность контакта жидкой и газовой фазы. Однако такая насадка из 3-х перпендикулярных дисков не обеспечивает высокой интенсивности перемешивания жидкости с газом. Насадка перемещается без вращения вокруг оси, способствующей высокой интенсивности перемешивания, неравномерно распределяется по объему слоя, повышая гидродинамическое сопротивление слоя насадки, не способствует повышению кратности обновления поверхности контакта фаз. Из-за недостаточно эффективного перемешивания жидкости с газом поверхность контакта фаз остается минимальной, не достигается высокое качество очистки газов от кислых компонентов.Closest to the technical nature of the invention is a nozzle made in the form of three mutually perpendicular rigidly fixed in the center of the disk [2]
The use of nozzles of this design allows you to slightly increase the intensity of mixing and increase the contact surface of the liquid and gas phase. However, such a nozzle of 3 perpendicular disks does not provide a high intensity of mixing the liquid with gas. The nozzle moves without rotation around an axis, which contributes to high mixing intensity, is unevenly distributed over the volume of the layer, increasing the hydrodynamic resistance of the nozzle layer, and does not increase the frequency of updating the contact surface of the phases. Due to the insufficiently effective mixing of the liquid with gas, the phase contact surface remains minimal, and a high quality of gas purification from acidic components is not achieved.

Целью изобретения является повышение качества очистки газа от кислых компонентов за счет увеличения кратности обновления поверхности контакта фаз. The aim of the invention is to improve the quality of gas purification from acidic components by increasing the frequency of updating the contact surface of the phases.

Это достигается описываемой насадкой, выполненной в виде взаимно перпендикулярных жестко закрепленных дисков. This is achieved by the described nozzle, made in the form of mutually perpendicular rigidly mounted disks.

Новым является то, что она выполнена в виде сплошных круглых дисков, расположенных перпендикулярно и эксцентрично относительно друг друга так, что величина эксцентриситета равна 0,065-0,1 диаметра диска, при этом один сплошной круглый диск снабжен двумя проходными отверстиями, расположенными по оси симметрии по обе стороны от оси пересечения (скрепления) дисков и помещена в двойную рубашку из сетчатого материала так, что первый слой сетки закреплен через проходные отверстия, а второй свободно относительно первого. What is new is that it is made in the form of continuous circular disks located perpendicularly and eccentrically relative to each other so that the eccentricity is equal to 0.065-0.1 of the diameter of the disk, while one continuous circular disk is equipped with two through holes located along the axis of symmetry along the axis of symmetry both sides of the axis of intersection (bonding) of the disks and placed in a double jacket of mesh material so that the first layer of mesh is fixed through the through holes, and the second is free relative to the first.

Такое выполнение насадки обеспечивает за счет разности весов каждого полукруга, вращение ее в различных осях и любом направлении в зависимости от гидродинамического режима газожидкостного потока, исключает возможность образования застойных зон. Кроме того, помещение насадки в двойную рубашку из сетчатого материала позволяет упаковать свободное пространство между полукругами дисков, увеличивая при этом поверхность контакта, способствуя увеличению кратности ее обновления. Во время работы насадки в псевдоожиженном слое идет процесс интенсивного перемешивания и обновления поверхности контакта фаз в две ступени на поверхности упаковки и на наружной поверхности рубашки. This embodiment of the nozzle provides due to the difference in the weights of each semicircle, its rotation in various axes and in any direction, depending on the hydrodynamic regime of the gas-liquid flow, eliminates the possibility of the formation of stagnant zones. In addition, placing the nozzle in a double shirt made of mesh material allows you to pack free space between the semicircles of the disks, while increasing the contact surface, helping to increase the rate of updating. During operation of the nozzle in the fluidized bed, there is a process of intensive mixing and updating of the contact surface of the phases in two stages on the surface of the package and on the outer surface of the shirt.

На фиг.1 изображена предлагаемая насадка, общий вид; на фиг.2 внутренняя часть предлагаемой насадки два круглых диска, расположенных перпендикулярно и эксцентрично относительно друг друга; на фиг.3 разрез А-А на фиг.1; на фиг. 4 разрез Б-Б на фиг.2; на фиг.5 внутренняя часть предлагаемой насадки в рубашке из сетчатого материала, закрепленной через проходные отверстия. Figure 1 shows the proposed nozzle, General view; figure 2, the inner part of the proposed nozzle two round disk located perpendicular and eccentric relative to each other; figure 3 section aa in figure 1; in FIG. 4 section BB in figure 2; figure 5, the inner part of the proposed nozzle in a shirt of mesh material, fixed through the through holes.

Насадка содержит два круглых сплошных жестко закрепленных диска 1 и 2, расположенных перпендикулярно и эксцентрично (фиг.1,2) относительно друг друга так, что величины эксцентриситета равна 0,065-0,1 диаметра диска, при этом диск 1 снабжен двумя проходными отверситями 3, расположенными по оси симметрии в двойную рубашку из сетчатого материала 4,5, первый слой сетки 4 закреплен через проходные отверстия 3, а второй слой 5 свободно относительно первого слоя (фиг.1). The nozzle contains two round solid rigidly fixed disks 1 and 2 located perpendicularly and eccentrically (Fig.1,2) relative to each other so that the eccentricity is equal to 0.065-0.1 of the diameter of the disk, while the disk 1 is equipped with two through holes 3, located along the axis of symmetry in a double jacket of mesh material 4,5, the first layer of the mesh 4 is fixed through the through holes 3, and the second layer 5 is free relative to the first layer (figure 1).

Величину эксцентриситета подбирали экспериментально в зависимости от интенсивной работы насадки во всем объеме псевдоожиженного слоя, обеспечивая в любом положении насадки не устойчивое ее состояние, заставляя ее все время вращаться, двигаться в любом положении, направлении и в самых различных осях. The magnitude of the eccentricity was selected experimentally depending on the intensive work of the nozzle in the entire volume of the fluidized bed, providing an unstable state in any position of the nozzle, forcing it to rotate all the time, move in any position, direction, and in various axes.

При величине эксцентриситета меньшем 0,065 D диска уменьшается смещение центра тяжести насадки относительно его оси, проходящей через центр тяжести, насадка принимает более устойчивое положение, повышается неравномерность распределения ее по объему слоя и соответственно гидравлическое сопротивление слоя насадки. When the eccentricity is less than 0.065 D of the disk, the displacement of the center of gravity of the nozzle relative to its axis passing through the center of gravity decreases, the nozzle takes a more stable position, its uneven distribution over the volume of the layer increases and, accordingly, the hydraulic resistance of the nozzle layer.

При величине эксцентриситета большем 0,1 D диска поверхность двух полукругов уменьшается, а двух увеличивается, нарушается оптимально подобранное действие разнонаправленных сил стекающей сверху жидкости и поднимающегося газа. Замедляется обязательное вращение насадки вокруг своей оси. When the eccentricity is greater than 0.1 D of the disk, the surface of two semicircles decreases and two increases, and the optimally selected action of the multidirectional forces of the liquid flowing from above and the rising gas is disrupted. Mandatory rotation of the nozzle about its axis is slowed down.

Смещение центра тяжести насадки относительно его оси, проходящей через центр тяжести, придает неустойчивое положение насадке, заставляя ее вращаться в любом положении, направлении и в самых разных осях за счет того, что она выполнена в виде сплошных двух круглых дисков, расположенных перпендикулярно и эксцентрично относительно друг друга так, что величина эксцентриситета равна 0,065-0,1D диска, при этом один сплошной круглый диск снабжен двумя проходными отверстиями, расположенными по оси симметрии по обе стороны от оси пересечения дисков и насадка помещена в двойную рубашку и сетчатого материала (РС-12Х18Н10Т ТУ-2602-354-76) так, что первый слой сетки закреплен через проходные отверстия, а второй свободно относительно первого. Становится возможном увеличение интенсивности перемешивания газа с жидкостью. The displacement of the center of gravity of the nozzle relative to its axis passing through the center of gravity makes the nozzle unstable, forcing it to rotate in any position, direction and in different axes due to the fact that it is made in the form of two solid circular disks located perpendicular and eccentric relative to each other so that the eccentricity is equal to 0.065-0.1D of the disk, while one continuous circular disk is equipped with two through holes located along the axis of symmetry on both sides of the axis of intersection of the disks and the nozzle is placed in a double jacket and mesh material (RS-12X18H10T TU-2602-354-76) so that the first layer of the mesh is fixed through the through holes, and the second is free relative to the first. It becomes possible to increase the intensity of mixing gas with liquid.

Насадка является своеобразным вращательным элементом, вращающаяся вокруг своей оси и в скоростном потоке вместе с рубашкой, свободно перемещаясь внутри нее, увеличивая поверхность контакта газа с жидкостью и ее кратность обновления, способствуя равномерному распределению их внутри абсорбционного слоя, а также равномерно выравнивая распределения газожидкостного потока во всем объеме псевдоожиженного слоя, что позволяет стабилизировать процесс качественной очистки газа от кислых компонентов. The nozzle is a kind of rotational element that rotates around its axis and in a high-speed flow together with the jacket, freely moving inside it, increasing the gas-liquid contact surface and its refresh rate, contributing to their uniform distribution inside the absorption layer, as well as uniformly aligning the distribution of gas-liquid flow in the entire volume of the fluidized bed, which allows to stabilize the process of high-quality gas purification from acidic components.

Места просверления отверстий выбрали из конструктивных соображений, такое решение усиливает неустойчивость насадки. The holes were chosen for design reasons, this solution enhances the instability of the nozzle.

Устройство работает следующим образом. The device operates as follows.

В начальной стадии работы аппарата насадка находится на опорной решетке в неподвижном состоянии. Газ, поступающий снизу аппарата, проходит через каналы, образованные между насадками, где встречается с жидкостью, поступающей сверху. Каналы имеют сложную форму, так как просветы между насадками упаковываются сетчатым материалом. В этих каналах происходит интенсивное, беспрерывное обновление поверхности контакта фаз. Насадка имеет большую поверхность контакта на единицу объема. Даже в слое неподвижной насадки происходит ячеистое, обильное пенообразование, что способствует значительному повышению поверхности контакта фаз. In the initial stage of the apparatus, the nozzle is in a stationary state on the support grid. Gas entering from the bottom of the apparatus passes through channels formed between the nozzles, where it meets the fluid coming from above. The channels have a complex shape, since the gaps between the nozzles are packed with mesh material. In these channels, an intensive, continuous updating of the phase contact surface occurs. The nozzle has a large contact surface per unit volume. Even in the layer of the fixed nozzle, a cellular, abundant foaming occurs, which contributes to a significant increase in the contact surface of the phases.

С повышением скорости газа система переходит в режим развитого псевдоожижения. При этом насадки находятся в расширенном состоянии, движущиеся потоки взаимодействующих фаз, воздействуя на полукруги дисков (которые служат лопастями), приводят насадку к обязательному интенсивному вращению, так как с одной стороны на насадку действует сила, направленная вертикально вверх и приложенная со смещением относительно центра тяжести, а с другой стороны сила, определяемая весом жидкости, направленная вниз и расположенная по другую сторону от вертикальной оси, проходящей через центр тяжести насадки. Поскольку плотность поднимающегося газа всегда меньше плотности стекающей жидкости разнонаправленные силы обеспечивают постоянное интенсивное вращение насадки, что в свою очередь способствует интенсивному перемешиванию жидкости с газом, чем и достигается повышение эффективности массообмена между ними, повышается качество очистки. With an increase in gas velocity, the system switches to the developed fluidization mode. In this case, the nozzles are in an expanded state, the moving flows of the interacting phases, acting on the semicircles of the disks (which serve as blades), cause the nozzle to undergo intensive rotation, since on the one hand the force is directed vertically upward and applied with an offset relative to the center of gravity and, on the other hand, a force determined by the weight of the liquid, directed downward and located on the other side of the vertical axis passing through the center of gravity of the nozzle. Since the density of the rising gas is always lower than the density of the flowing liquid, multidirectional forces provide constant intensive rotation of the nozzle, which in turn contributes to intensive mixing of the liquid with gas, which improves the efficiency of mass transfer between them, improves the quality of cleaning.

Упаковка свободного пространства между полукругами дисков как дополнительный элемент насадки создает добавочную развитую поверхность контакта фаз на единицу объема и служит одной из ступеней, создающей дополнительную развитую повеpхность контакта на единицу объема и повышения кратности обновления поверхности контакта фаз на сетчатом материале. Packing the free space between the disk semicircles as an additional element of the nozzle creates an additional developed contact surface of the phases per unit volume and serves as one of the steps that creates an additional developed contact surface per unit volume and increases the frequency of updating the contact surface of the phases on the mesh material.

Упаковка и рубашка насадки из рукава сетчатого как элементы насадки создают развитую поверхность контакта на единицу объема, способствуя лучшему дроблению струй газа и жидкости, повышая кратность обновления поверхности контакта фаз в двух зонах сетчатого материала, значительно увеличивая эффективную поверхность контакта фаз по всему объему псевдоожижения и интенсивность массообмена. The packing and shirt of the nozzle from the mesh sleeve as elements of the nozzle create a developed contact surface per unit volume, contributing to better crushing of gas and liquid jets, increasing the rate of renewal of the phase contact surface in two zones of the mesh material, significantly increasing the effective phase contact surface throughout the entire fluidization volume and intensity mass transfer.

Важнейшим условием эффективной работы насадки в псевдоожиженном слое является правильный выбор ее удельного веса. Повышение массы насадки уменьшает степень расширения слоя и соответственно свободное сечение для прохождения газового и жидкостного потоков, увеличивает трение между насадками, неравномерность их распределения, что приводит к увеличению гидравлического сопротивления слоя. Увеличение числа слоев рубашки ведет к повышению массы насадки. Количество ступеней (две ступени) выбрано экспериментально. Колонные аппараты в газоперерабатывающей области работают в условиях колебания нагрузки и качественного состава газовых смесей. В этих условиях создается неустойчивый гидродинамический режим. Предлагаемая насадка обеспечивает стабилизацию гидродинамического режима процесса и высокую эффективность очистки. The most important condition for the effective operation of the nozzle in the fluidized bed is the correct choice of its specific gravity. Increasing the mass of the nozzle reduces the degree of expansion of the layer and, accordingly, the free section for the passage of gas and liquid flows, increases the friction between the nozzles, the uneven distribution, which leads to an increase in the hydraulic resistance of the layer. An increase in the number of layers of the shirt leads to an increase in the mass of the nozzle. The number of steps (two steps) is selected experimentally. Column devices in the gas processing field operate under conditions of load fluctuations and the qualitative composition of gas mixtures. Under these conditions, an unstable hydrodynamic regime is created. The proposed nozzle provides stabilization of the hydrodynamic mode of the process and high cleaning efficiency.

П р и м е р. Насадки в вышеописанном выполнении засыпаются на решетчатые тарелки провального типа, которые вмонтированы в абсорбционную колонну диаметром 400 мм (установка опытная). На тарелку сверху подается жидкостно поток водного раствора абсорбента моноэтаноламина (12 мас. остальное вода) с массовой скоростью 41524 кг/м² ч, а снизу газ со скоростью 2,54 м/с. Скорость начала псевдоожижения 2,54 м/с зависит от гидродинамического режима системы и определяется расчетным методом или же экспериментально. Состав газа приведен в табл.1.PRI me R. The nozzles in the aforementioned embodiment are poured onto the failure-type grating plates, which are mounted in an absorption column with a diameter of 400 mm (experimental setup). On top of the plate is a liquid flow of an aqueous solution of monoethanolamine absorbent (12% by weight, the rest is water) with a mass velocity of 41524 kg / m ² h, and a gas at a velocity of 2.54 m / s from below. The velocity of the beginning of fluidization of 2.54 m / s depends on the hydrodynamic regime of the system and is determined by the calculation method or experimentally. The gas composition is given in table 1.

Газ, поступающий на тарелку снизу, проходит через каналы, образованные между насадками, где встречается с водным раствором моноэтаноламина, поступающего сверху. При скоростях ниже 2,54 м/с насадка находится в неподвижном состоянии, однако в каналах происходит диспегирование жидкости газовым потоком и интенсивное дробление и повышение кратности обновления поверхности контакта фаз на поверхности сетчатого материала, у которого более развитая поверхность контакта на единицу объема, лучше разбиваются струйки газа и жидкости. The gas entering the plate from below passes through the channels formed between the nozzles, where it meets an aqueous solution of monoethanolamine coming from above. At speeds below 2.54 m / s, the nozzle is stationary, however, the dispersion of the liquid in the channels by the gas stream and intensive crushing and increase in the rate of renewal of the phase contact surface on the surface of the mesh material, which has a more developed contact surface per unit volume, are better broken trickles of gas and liquid.

С повышением скорости выше 2,54 м/с система переходит в режим развитого псевдоожижения. При этом насадки переходят в состояние псевдоожижения и движущиеся потоки газа и жидкости, а также газожидкостных струй приводят насадку к интенсивному вращению вокруг своей оси и в скоростном потоке. Упаковка пространства между полукругами дисков и рубашка насадки из рукава сетчатого как элементы насадки в совокупности признаков создают две дополнительные зоны развитой поверхности на единицу объема, увеличивают эффективную поверхность контакта фаз по всему объему псевдоожижения и интенсивность массообмена. With an increase in speed above 2.54 m / s, the system switches to the developed fluidization mode. In this case, the nozzles become fluidized and the moving flows of gas and liquid, as well as gas-liquid jets, cause the nozzle to rotate intensively around its axis and in the high-speed flow. The packing of the space between the disk semicircles and the nozzle shirt from the mesh sleeve as elements of the nozzle in the aggregate of attributes create two additional zones of the developed surface per unit volume, increase the effective contact surface of the phases throughout the entire fluidization volume and the mass transfer rate.

Использование предлагаемой насадки позволяет повысить эффективность массопередачи. Результаты работы насадки приведены в табл.2. Using the proposed nozzle can improve the mass transfer efficiency. The results of the nozzle are given in table.2.

Из табл.2 видно, что предлагаемая насадка позволяет повысить степень очистки газа от кислых компонентов до 70-75 об. по сравнению с прототипом (10 об.). From table 2 it is seen that the proposed nozzle can increase the degree of gas purification from acidic components to 70-75 vol. in comparison with the prototype (10 vol.).

Технико-экономическая эффективность предлагаемой насадки для абсорбционного аппарата складывается за счет повышения кратности обновления поверхности контакта фаз, т.е. за счет увеличения эффективной поверхности контакта фаз, стабилизации процесса гидродинамики в псевдоожиженном слое и как следствие увеличение степени очистки газа от кислых компонентов в 7 раз. The technical and economic efficiency of the proposed nozzle for the absorption apparatus is formed by increasing the frequency of updating the contact surface of the phases, i.e. due to an increase in the effective contact surface of the phases, stabilization of the hydrodynamic process in the fluidized bed and, as a result, an increase in the degree of gas purification from acidic components by 7 times.

Claims (1)

НАСАДКА ДЛЯ АБСОРБЦИОННОГО АППАРАТА, выполненная в виде взаимно перпендикулярных жесткоскрепленных сплошных круглых дисков, отличающаяся тем, что диски расположены эксцентрично относительно друг друга так, что величина эксцентриситета равна 0,065-0,1 диаметра, при этом один диск снабжен двумя проходными отверстиями, расположенными по оси симметрии по обе стороны от оси пересечения дисков, и помещен в двойную рубашку из сетчатого материала так, что первый слой сетки закреплен через проходящие отверстия, а второй свободно относительно первого. NOZZLE FOR AN ABSORPTION APPARATUS made in the form of mutually perpendicular rigidly bonded continuous circular disks, characterized in that the disks are eccentrically relative to each other so that the eccentricity is equal to 0.065-0.1 diameters, while one disk is provided with two through holes located along the axis symmetry on both sides of the axis of intersection of the disks, and placed in a double jacket of mesh material so that the first layer of the mesh is fixed through the passing holes, and the second is free relative to the first st.

Images