RU2055627C1 - Mass-exchanging column with low hydraulic resistance - Google Patents

Abstract

FIELD: chemical industry. SUBSTANCE: mass-exchanging column has vertical cylindrical body with layer by layer located along height of column perforated lattices and layers of fitting on lattices. Lattices are made in the form of inclined stages alternatively in diametrically opposite directions in adjacent by height layers. Adjacent stages of lattices in plan are overlapping each other. Rear and side edges of stages in direction of inclination of lattice have upward beadings to delay liquid. Each stage of lattice is made with inclination at acute angle to the horizontal in direction of lattice inclination. Stages have arch-type slits with salient side upward with axes directed in direction of inclination of staged lattice. Equal height polymeric material members of screw-type fitting on are tightly mounted vertically on inclined lattices. Inclined staged lattice with arch-type slits in stages and clearances between stages for gas (steam) passage provide increase of free cross section of lattice and decrease of hydraulic resistance to stream of gas (steam). EFFECT: increased efficiency of mass-exchange, productivity by gas (steam) with simultaneous decrease of hydraulic resistance to stream of gas (steam. 7 dwg

Description

Изобретение относится к конструкциям массообменных колонн насадочного типа для систем газ(пар) жидкость, предназначенным для процессов абсорбции, ректификации, промывки газов, и может найти применение в химической, нефтехимической, газовой и других отраслей промышленности. The invention relates to designs of packed-type mass transfer columns for gas (steam) liquid systems, intended for processes of absorption, rectification, gas flushing, and can find application in chemical, petrochemical, gas and other industries.

Известна массообменная колонна, включающая вертикальный цилиндрический корпус, поддерживающие распределительные решетки, слой насадки на каждой распределительной решетке, устройство для перераспределения жидкости под промежуточными решетками [1]
Недостатком известной массообменной колонны является недостаточно высокая эффективность массообмена из-за неpавномеpности распределения жидкости по поперечному сечению слоя насадки в колонне в зависимости от диаметра колонны и особенно в колоннах больших диаметров при высоких удельных нагрузках по жидкости газу (пару).Known mass transfer column, comprising a vertical cylindrical body, supporting distribution grilles, a layer of nozzle on each distribution grill, a device for redistributing liquid under the intermediate grilles [1]
A disadvantage of the known mass transfer column is the insufficiently high mass transfer efficiency due to the uneven distribution of the liquid over the cross section of the nozzle layer in the column depending on the diameter of the column, and especially in columns of large diameters at high specific liquid gas (vapor) loads.

Наиболее близкой к предлагаемой по технической сущности и достигаемому эффекту является массообменная колонна, включающая вертикальный аппарат круглого сечения, внутри которого поярусно установлены перфорированные решетки, на которых расположена слоями насадка [2]
Недостатком известной массообменной колонны при взаимодействии газа (пара) с большими объемами жидкости является неравномерное распределение жидкости по поперечному сечению колонны на различной высоте слоя насадки над распределительной решеткой и проваливание жидкости по всему сечению решетки, в результате чего эффективность массообмена слоя насадки на решетке равна локальной эффективности массообмена, что, как известно, является минимально возможной эффективностью массообмена. Кроме того, при нагрузках по газу (пару) и жидкости, близких к режиму эмульгирования (захлебывания), в колонных больших диаметров и при больших высотах сплошного слоя насадки наряду с неравномерностью поперечного распределения газа (пара) и жидкости по сечению колонны возникает продольное перемешивание газа (пара) и особенно жидкости, байпасирование потоков и каналообразование, что кроме отрицательного влияния на эффективность массообмена приводит к резкому возрастанию гидравлического сопротивления потоку газа (пара), что является одним из существенных недостатков известной массообменной колонны.The closest to the proposed technical essence and the achieved effect is a mass transfer column, including a vertical circular apparatus, inside of which perforated gratings are mounted in layers, on which the nozzle is located [2]
A disadvantage of the known mass transfer column in the interaction of gas (steam) with large volumes of liquid is the uneven distribution of liquid over the column cross-section at different heights of the nozzle layer above the distribution grid and liquid sagging over the entire cross-section of the grid, as a result of which the mass transfer efficiency of the nozzle layer on the grid is local efficiency mass transfer, which is known to be the lowest possible mass transfer efficiency. In addition, under gas (vapor) and liquid loads close to the emulsification (flooding) regime in large column diameters and at high heights of the continuous packing layer, along with uneven transverse distribution of gas (vapor) and liquid along the column cross section, longitudinal gas mixing (steam) and especially liquids, bypassing flows and channel formation, which, in addition to negatively affecting the efficiency of mass transfer, leads to a sharp increase in hydraulic resistance to gas flow (steam), which is one from significant drawbacks known exchange column.

Цель изобретения повышение эффективности массообмена, увеличение производительности по газу (пару) с одновременным уменьшением гидравлического сопротивления потоку газа (пара). The purpose of the invention is to increase the efficiency of mass transfer, increase gas productivity (steam) while reducing hydraulic resistance to gas flow (steam).

Это достигается тем, что в массообменной колонне, включающей вертикальный цилиндрический корпус с поярусно расположенными перфорированными решетками по высоте колонны и слоями насадки на решетках, решетки выполнены в виде наклонных ступеней поочередно в диаметрально противоположных направлениях в смежных по высоте решетках, смежные ступени решеток в плане перекрывают друг друга, задние и боковые кромки ступеней по направлению уклона решетки имеют отбортовки вверх для задержки жидкости, каждая ступень решетки выполнена c наклоном под острым углом к горизонтали в сторону наклона решетки, в ступенях выполнены арочные прорези выпуклостью вверх с осями, направленными в сторону уклона ступенчатой решетки, на наклонные ступенчатые решетки вертикально установлены с плотной укладкой элементы одинаковой высоты винтовой насадки из полимерных материалов, например, винтовая насадка, изготовленная из полимерных материалов методом экструзии, перфорированные ступенчатые решетки установлены на распорные эллиптические разрезные кольца, к концам которых прикреплены упорные пластины, к одной из которых прикреплен упорный винт, проходящий свободно в отверстие другой пластины, по обе стороны которой на упорный винт навинчены гайки так, что гайка между упорными пластинами навинчена до упора в пластину и распорное эллиптическое кольцо плотно прижато к внутренним стенкам колонны, ось упорного винта распорного эллиптического кольца смещена внутрь окружности распорного кольца и вниз относительно плоскости распорного кольца. This is achieved by the fact that in the mass transfer column, including a vertical cylindrical body with perforated gratings arranged in a tiered manner along the column height and nozzle layers on the grates, the gratings are made in the form of inclined steps alternately in diametrically opposite directions in the height-adjacent gratings, the adjacent steps of the gratings overlap in plan each other, the trailing and lateral edges of the steps in the direction of the slope of the grating are flanged up to retain fluid, each stage of the grating is made with a slope under with an acute angle to the horizontal towards the inclination of the grating, in the steps there are arched slots convex upward with axes directed towards the inclination of the step grating, elements of the same height of the screw nozzle made of polymeric materials, for example, a screw nozzle made made of polymeric materials by extrusion, perforated step gratings are mounted on spacer elliptical split rings, to the ends of which thrust plates are attached pins, one of which has a thrust screw attached that extends freely into the hole of the other plate, on both sides of which nuts are screwed onto the thrust screw so that the nut between the thrust plates is screwed fully into the plate and the spacer elliptical ring is firmly pressed against the inner walls of the column, the axis the thrust screw of the spacer elliptical ring is shifted inward to the circumference of the spacer ring and downward relative to the plane of the spacer ring.

Не известны технические решения, включающие признаки, изложенные в отличительной части формулы изобретения, поэтому предлагаемая массообменная колонна по нашему мнению обладает существенными отличиями. Technical solutions are not known, including the features set forth in the characterizing part of the claims, therefore, the proposed mass transfer column, in our opinion, has significant differences.

На фиг.1 схематически представлена массообменная колонна, продольный разрез; на фиг.2 разрез А-А на фиг.1; на фиг.3 разрез Б-Б на фиг.2; на фиг.4 разрез В-В на фиг.2; на фиг.5 разрез Г-Г на фиг.1; на фиг.6 вид Д-Д на фиг. 5; на фиг.7 вид Е-Е на фиг.5. Figure 1 schematically shows a mass transfer column, a longitudinal section; figure 2 section aa in figure 1; figure 3 section BB in figure 2; figure 4 section BB in figure 2; in Fig.5 section GG in Fig.1; FIG. 6 is a view of DD in FIG. 5; Fig.7 view EE in Fig.5.

Массообменная колонна с низким гидравлическим сопротивлением (фиг.1-7) содержит вертикальный цилиндрический корпус с поярусно расположенными перфорированными решетками 2 по высоте колонны, выполненными в виде наклонных ступеней 3 поочередно в диаметрально противоположных направлениях в смежных по высоте решетках 2, смежные ступени 3 решеток 2 в плане перекрывают друг друга, задние и боковые кромки ступеней 3 по направлению уклона решетки 2 имеют отбортовки 4 вверх для задержки жидкости, каждая ступень 3 решетки 2 выполнена с наклоном под острым углом к горизонтали в сторону наклона решетки 2, в ступенях 3 выполнены арочные прорези 5 выпуклостью вверх с осями, направленными в сторону уклона ступенчатой решетки 2, на наклонные ступенчатые решетки 2 вертикально установлены с плотной укладкой элементы одинаковой высоты винтовой насадки 6 из полимерных материалов, решетки 2 опираются на распорные эллиптические разрезные кольца 7, к концам которых прикреплены упорные пластины 8 и 9, к одной 8 из которых прикреплен упорный винт 10, проходящий свободно в отверстие другой пластины 9, по обе стороны которой на упорный винт 10 навинчены гайки 11 и 12 так, что гайка 11 между упорными пластинами навинчена до упора в пластину 9 и распорное эллиптическое кольцо 7 плотно прижато к внутренним стенкам колонны 1, в результате чего кольцо 7 может принимать нагрузки решетки 2 со слоем винтовой насадки 6. Ось упорного винта 10 распорного эллиптического кольца 7 смещена внутрь окружности распорного кольца 7 и вниз относительно плоскости распорного кольца 7 для предупреждения выступания упорных пластин 8 и 9 с упорным винтом 10 в место нахождения ступеней 3 решеток 2. К распорному эллиптическому кольцу 7 прикреплены крепежные шпильки 13 для крепления элементов распределительных решеток 2. Mass-transfer column with low hydraulic resistance (Fig.1-7) contains a vertical cylindrical body with tiered perforated gratings 2 along the height of the column, made in the form of inclined steps 3 alternately in diametrically opposite directions in adjacent height gratings 2, adjacent steps 3 of gratings 2 in plan overlap, the rear and side edges of steps 3 in the direction of the slope of the grill 2 have flanges 4 up to delay the liquid, each step 3 of the grill 2 is made with a slope under the rest at a horizontal angle to the side of the inclination of the grating 2, in the steps 3 there are arched slots 5 with a convexity upward with axes directed towards the slope of the step grate 2, elements of the same height of the screw nozzle 6 made of polymer materials are vertically installed with dense stacking on inclined step gratings 2 the gratings 2 are supported by spacer elliptical split rings 7, to the ends of which thrust plates 8 and 9 are attached, to one 8 of which a thrust screw 10 is attached, passing freely into the hole of the other plate 9, on both the sides of which nuts 11 and 12 are screwed onto the stop screw 10 so that the nut 11 between the stop plates is screwed completely into the plate 9 and the spacer elliptical ring 7 is tightly pressed against the inner walls of the column 1, as a result of which the ring 7 can receive loads of the grid 2 with a layer screw nozzle 6. The axis of the stop screw 10 of the spacer elliptical ring 7 is shifted into the circumference of the spacer ring 7 and down relative to the plane of the spacer ring 7 to prevent the thrust plates 8 and 9 with the stop screw 10 protruding to the location of the stupas 3 it gratings 2. Spacer elliptic ring 7 fastened stud bolts 13 for fastening elements 2 of distribution grids.

Массообменная колонна с низким гидравлическим сопротивлением работает следующим образом. Mass transfer column with low hydraulic resistance works as follows.

Газ (пар) поступает в корпус колонны 1 (фиг.1-7) снизу и движется вверх, проходит через арочные прорези 5 в ступенях 3 и между отдельными ступенями 3 в слой винтовой насадки 6, контактирует при этом с жидкостью и увлекает ее, в результате происходит образование газо(паро)-жидкостной эмульсии с высокоразвитой межфазной поверхностью массообмена, при этом происходит перекрестное движение газа (пара) и жидкости, газ (пар) движется вверх практически по модели идеального вытеснения, а жидкость движется в слое насадки 6 на наклонной решетке 2 в диаметральном направлении по модели, близкой к модели идеального вытеснения при полном перемешивании по высоте слоя насадки 6, при высоких скоростях газа (пара), близких к режиму эмульгирования (захлебывания), так как при малых нагрузках по газу (пару) и жидкости, далеких от режима эмульгирования (захлебывания) использование предлагаемой массообменной колонны не имеет практического смысла. В условиях работы жидкость поступает в приподнятую часть решетки 2 со слоем насадки 6 и движется в слое насадки 6 по направлению уклона решетки 2 и стекает в нижней опущенной части решетки 2 через арочные прорези 5 в ступенях 3 и между ступенями 3 вниз на слой насадки 6 в возвышенную часть решетки 2 нижерасположенной решетки 2 и т.д. при этом в самой нижней части каждой решетки 2 со слоем насадки 6 накапливается статический слой жидкости, который по величине больше, чем в более возвышенных слоях насадки 6 вследствие уклона решеток 2, то в самых нижних частях слоя насадки 6 жидкость стекает вниз через арочные прорези 5 в ступенях 3 и между степенями 3, а через эти же прорези 5 и между ступенями 3 в более возвышенных частях решетки 2 проходит вверх газ (пар), а жидкость перемещается через слой насадки 6 по направлению уклона решетки 2, при этом попадающая жидкость на ступени 3 увлекается газом (паром), выходящим из арочных прорезей 5, а слив жидкости через задние или боковые кромки ступеней 3 препятствуют отбортовки 4 в ступенях 3. Gas (steam) enters the casing of column 1 (Figs. 1-7) from below and moves upward, passes through arched slots 5 in steps 3 and between the individual steps 3 into a layer of screw nozzle 6, contacts with the liquid and carries it into The result is the formation of a gas (vapor)-liquid emulsion with a highly developed interphase mass transfer surface, with the cross-movement of gas (vapor) and liquid, gas (steam) moving up almost according to the ideal displacement model, and the liquid moves in the nozzle layer 6 on an inclined grating 2 in diameter direction according to a model close to the ideal displacement model with full mixing along the height of the nozzle layer 6, at high gas (vapor) velocities close to the emulsification (flooding) mode, since at low gas (vapor) and liquid loads far from mode of emulsification (choking) the use of the proposed mass transfer columns does not make sense. Under operating conditions, the fluid enters the raised part of the grill 2 with the nozzle layer 6 and moves in the nozzle layer 6 in the direction of the slope of the grill 2 and flows into the lower lowered part of the grill 2 through arched slots 5 in steps 3 and downward between the steps 3 to the nozzle layer 6 in the elevated part of the lattice 2 of the lower lattice 2, etc. at the same time, in the lower part of each grating 2 with the nozzle layer 6, a static liquid layer is accumulated, which is larger than in the higher layers of the nozzle 6 due to the slope of the gratings 2, then in the lower parts of the nozzle layer 6 the liquid flows down through arched slots 5 in steps 3 and between degrees 3, and through the same slots 5 and between steps 3 in the higher parts of the grill 2, gas (steam) passes upward, and the fluid moves through the nozzle layer 6 in the direction of the slope of the grill 2, while the liquid entering the steps 3 carried away etsya gas (vapor) exiting the arched openings 5, and the liquid draining through the rear or side edges prevent flanging steps 3 4 3 stages.

Предлагаемая массообменная колонна в отличие от прототипа предназначена повысить эффективность массообмена, увеличить производительность и снизить гидравлическое сопротивление потоку газа (пара) при сопоставимых условиях. The proposed mass transfer column, in contrast to the prototype, is intended to increase the efficiency of mass transfer, increase productivity and reduce hydraulic resistance to the flow of gas (steam) under comparable conditions.

Повышение эффективности массообмена обеспечивается за счет секционирования слоя насадки по высоте установкой поярусно наклонных решеток по высоте колонны. При этом появляются дополнительные концевые эффекты, качественное воздействие которых на массообмен известно. Кроме того, предупреждается явления продольного байпассирования потоков газа (пара) и жидкости и каналообразования в потоках по высоте колонны, сильно снижающие эффективность массообмена. Благоприятные структуры потоков жидкости и газа (пара) в секциях при оптимальных нагрузках по фазам обеспечивают максимальную эффективность массообмена, так как газ (пар) движется через слой насадки в секции по модели идеального вытеснения, а жидкость движется по модели близкой к модели идеального вытеснения в диаметральном направлении слоя насадки в секции при полном перемешивании по высоте слоя насадки, причем если полного перемешивания жидкости по высоте слоя насадки не происходит, то от этого эффективность не снижается, а наоборот возрастает, что обеспечивает некоторый запас гарантии предполагаемой физической модели процесса массообмена в секции. Improving the efficiency of mass transfer is ensured by sectioning the nozzle layer in height by installing half-inclined gratings in the height of the column. In this case, additional end effects appear, the qualitative effect of which on mass transfer is known. In addition, the phenomena of longitudinal bypassing of gas (steam) and liquid flows and channel formation in the flows along the column height, which greatly reduces the mass transfer efficiency, are prevented. Favorable structures of fluid and gas (steam) flows in sections at optimal phase loads provide maximum mass transfer efficiency, since gas (steam) moves through the nozzle layer in the sections according to the ideal displacement model, and the liquid moves according to a model close to the ideal displacement model in diametric the direction of the nozzle layer in the section with complete mixing along the height of the nozzle layer, and if complete mixing of the liquid along the height of the nozzle layer does not occur, then this does not decrease, but rather grows, which provides a certain margin of guarantee for the proposed physical model of the mass transfer process in the section.

Увеличение производительности предлагаемой массообменной колонны за счет секционирования обеспечивается образованием над каждой секцией сепарационного пространства, которые компенсируют превышения нагрузок по газу (пару) и жидкости и явления захлебывания, при этом допускается работа предлагаемой массообменной колонны постоянно при нагрузках по газу (пару) и жидкости, превышающих нагрузке при режиме эмульгирования (захлебывания). The increase in productivity of the proposed mass transfer columns due to sectioning is ensured by the formation of a separation space over each section that compensates for excess gas loads (steam) and liquid and flooding phenomena, while the proposed mass transfer column is allowed to operate continuously under gas (steam) and liquid loads exceeding load during emulsification (flooding).

Снижение гидравлического сопротивления потоку газа (пара) предлагаемой массообменной колонны по сравнению с прототипом обеспечивается прежде всего тем, что уменьшается общая высота слоя насадки в предлагаемой колонне, а следовательно, и уменьшается гидравлическое сопротивление пропорционально уменьшен- ной высоте слоя насадки. Но в предлагаемой колонне увеличивается гидравлическое сопротивление дополнительно устанавливаемые распределительные решетки, гидравлическое сопротивление которых может оказаться большим, чем высота слоя насадки, на которую уменьшалась массообменная колонна за счет образования сепарационного пространства над секциями. Однако гидравлическое сопротивление распределительной решетки подобрано таким по величине за счет увеличения свободного сечения решеток, чтобы этим обеспечить уменьшение общего гидравлического сопротивления массообменной колонны по сравнению с прототипом при сопоставимых условиях. The reduction in hydraulic resistance to the gas (vapor) flow of the proposed mass transfer column in comparison with the prototype is ensured primarily by the fact that the overall height of the nozzle layer in the proposed column is reduced, and therefore, the hydraulic resistance is proportional to the reduced height of the nozzle layer. But in the proposed column increases the hydraulic resistance of the additionally installed distribution grilles, the hydraulic resistance of which may be greater than the height of the layer of the nozzle, which decreased the mass transfer column due to the formation of a separation space above the sections. However, the hydraulic resistance of the distribution lattice is selected so in magnitude by increasing the free section of the lattices, so as to ensure a decrease in the total hydraulic resistance of the mass transfer column in comparison with the prototype under comparable conditions.

Уменьшение гидравлического сопротивления решетки 2 обеспечивается за счет наклона решетки и образования просветов по вертикали между ступенями 3 решетки 2. При этом увеличение свободного сечения решетки увеличивается на величину свободного сечения просветов по вертикали между ступенями F_п, которое определяется как тангенс результирующего угла наклона решетки 2
tg (α-γ) F_п, (1) где α угол наклона решетки 2 к горизонтали, град. м;
γ угол наклона ступеней к горизонтали, град.The hydraulic resistance of the grating 2 is reduced due to the inclination of the grating and the formation of vertical gaps between the steps 3 of the grating 2. In this case, the increase in the free cross-section of the grating increases by the amount of the free cross-section of the gaps vertically between the steps F _p , which is defined as the tangent of the resulting angle of inclination of the grating 2
tg (α-γ) F _p , (1) where α is the angle of inclination of the lattice 2 to the horizontal, deg. m;
γ angle of inclination of steps to the horizontal, deg.

Суммарное свободное сечение решетки F_р будет равно
F_р F_с + F_п, (2) где F_с свободное сечение арочных прорезей 5, которое может составить около 35% (0,35 доли).The total free cross section of the lattice F _p will be equal to
F _p F _c + F _p , (2) where F _{c is the} free cross section of arched slots 5, which can be about 35% (0.35 shares).

Если принять, что F_п tg ( α-γ) может быть 0,15-0,2. то суммарное свободное сечение решеток может достигнуть величины F_р F_c + F_п 0,35 + 0,2 0,55, что приближается к свободному объему насадки.If we assume that F _p tg (α-γ) can be 0.15-0.2. then the total free cross-section of the gratings can reach a value of F _p F _c + F _p 0.35 + 0.2 0.55, which approaches the free volume of the nozzle.

Технические преимущества массообменной колонны по сравнению с прототипом заключаются в повышении эффективности массообмена между газом (паром) и жидкостью вследствие увеличения движущей силы процесса при перекрестном движении газа (пара) и жидкости и при отсутствии существенного продольного перемешивания жидкости в диаметральном направлении, а также в увеличении производительности колонны и стабильности режима работы при высоких скоростях газа (пара) за счет наличия сепарационного пространства над слоями насадки на решетках. The technical advantages of the mass transfer column compared with the prototype are to increase the efficiency of mass transfer between gas (vapor) and liquid due to an increase in the driving force of the process during the cross-movement of gas (steam) and liquid and in the absence of significant longitudinal mixing of the liquid in the diametric direction, as well as in an increase in productivity columns and stability of the operating mode at high speeds of gas (steam) due to the presence of separation space above the nozzle layers on the gratings.

Общественно полезные преимущества изобретения, вытекающие из технических преимуществ, по сравнению с пpототипом заключаются в повышении четкости разделения колонны и, следовательно, повышении частоты и качества продуктов разделения или в уменьшении необходимого флагмового числа для разделения смесей ректификацией, что выражается в уменьшении расхода тепла (греющего водяного пара из котельной). The socially useful advantages of the invention arising from technical advantages, compared with the prototype, are to increase the clarity of the separation of the column and, therefore, to increase the frequency and quality of the separation products or to reduce the necessary flag number for separation of the mixtures by distillation, which is reflected in a decrease in heat consumption (heating water steam from the boiler room).

Ожидаемый экономический эффект от внедрения изобретения по сравнению с прототипом может быть обеспечен за счет уменьшения флегмового отношения и соответствующего уменьшения расхода водяного пара из котельной, возможным в результате более высокой эффективности массообмена колонны. The expected economic effect of the implementation of the invention in comparison with the prototype can be achieved by reducing the reflux ratio and a corresponding reduction in the consumption of water vapor from the boiler room, which is possible as a result of higher mass transfer efficiency of the column.

Экономическая выгода предлагаемой колонны с низким гидравлическим сопротивлением можно проиллюстрировать на примере разделения эталонной смеси бензол-толуол при условии повышения эффективности разделения предлагаемой колонны на 10% по сравнению с прототипом. The economic benefits of the proposed columns with low hydraulic resistance can be illustrated by the example of separation of the reference mixture of benzene-toluene, provided that the separation efficiency of the proposed columns by 10% compared with the prototype.

Согласно выполненного расчета расхода греющего водяного пара в кипятильнике давлением 0,32 МПа составляет 2460 кг/ч для непрерывной ректификации 15000 кг/ч исходной смеси бензол-толуол при атмосферном давлении при концентрациях исходной смеси 45, дистиллята 96 и кубового остатка 1,2 мас. количество необходимых теоретических тарелок равно 14 при рабочем флегмовом отношении R_п2,49, минимальное флегмовое отношение равно R_мин 1,247. Повышение эффективности массообмена колонны на 10% соответствует увеличенному числу теоретических тарелок, равном 15,4. Такая эффективность при заданных тех же концентрациях целевых продуктов обеспечивается при меньшем флегмовом отношении, равном R₃2,2.According to the calculation of the flow rate of heating water vapor in a boiler with a pressure of 0.32 MPa, it is 2460 kg / h for continuous distillation of 15,000 kg / h of the initial mixture of benzene-toluene at atmospheric pressure at a concentration of the initial mixture of 45, distillate 96 and bottoms of 1.2 wt. the number of necessary theoretical plates is 14 with a working reflux ratio R _{p of} 2.49, the minimum reflux ratio is R _min 1,247. An increase in the mass transfer efficiency of the column by 10% corresponds to an increased number of theoretical plates equal to 15.4. Such efficiency at given the same concentrations of the target products is provided with a lower reflux ratio equal to R ₃ 2.2.

Уменьшение количества греющего пара определяется по модифицированному уравнению теплового баланса для двух рассмотренных вариантов
Д_λп=

4300 кг/ч (1)
Д_λз=

4140 кг/ч (2)
где D_λп,D_λз количество водяного пара, расходуемого при флегмовых числах (R_п и R₃ соответственно, т.е. для прототипа и заявляемого объекта, кг/ч;
G_d количество собираемого дистиллята, кг/ч;
r_λ- скрытая теплота конденсации водяного пара. Дж/кг;
r_d скрытая теплота испарения дистиллята, Дж/кг;
Экономия водяного пара на одной колонне составляет
ΔD_λ=D_λп-D_λз= 4300 4140
160 кг/ч (3)
Стоимость сэкономленного водяного пара на одной колонне составляет
q

0,8 руб/ч (4)
где λ_s энтальпия греющего водяного пара, Дж/кг;
U_λ стоимость количества тепла в гигакаллориях.The decrease in the amount of heating steam is determined by the modified heat balance equation for the two options considered
D _λп =

4300 kg / h (1)
D _λz =

4140 kg / h (2)
where D _λп , D _{λз the} amount of water vapor consumed at reflux numbers (R _p and R _3, respectively, ie for the prototype and the claimed object, kg / h;
G _{d the} amount of distillate collected, kg / h;
r _λ is the latent heat of condensation of water vapor. J / kg;
r _d latent heat of evaporation of the distillate, J / kg;
Saving water vapor per column is
ΔD _λ = D _λп -D _λз = 4300 4140
160 kg / h (3)
The cost of saved water vapor per column is
q

0.8 rub / h (4)
where λ _{s is the} enthalpy of heating water vapor, J / kg;
U _{λ the} cost of the amount of heat in gigacallories.

Для реализации предлагаемой массообменной колонны с низким гидравлическим сопротивлением в настоящее время в лаборатории процессов и аппаратов химической технологии кафедры ТОПП изготовлены опытные колонны решетками диаметром 300, 400, 600 и 800 мм для проведения широких исследований гидродинамики и массопередачи в условиях десорбции аммиака из воды в воздух в широких пределах нагрузок по газу и жидкости. To implement the proposed mass transfer column with low hydraulic resistance, experimental columns have been manufactured at the laboratory of processes and apparatuses of the chemical technology of the Department of Industrial and Industrial Use with lattices with a diameter of 300, 400, 600 and 800 mm for conducting extensive studies of hydrodynamics and mass transfer under conditions of desorption of ammonia from water to air in wide limits of gas and liquid loads.

На основе обобщения экспериментальных данных проведенных исследований подготовлены рекомендации для внедрения предлагаемой массообменной колонны с винтовой насадкой в секциях для десорбции иода из нефтяных попутных буровых вод на Троицком иодном заводе. Based on a generalization of the experimental data of the studies, recommendations were prepared for the implementation of the proposed mass transfer columns with screw nozzles in sections for the desorption of iodine from associated petroleum drilling water at the Troitsk iodine plant.

Claims (1)

МАССООБМЕННАЯ КОЛОННА С НИЗКИМ ГИДРАВЛИЧЕСКИМ СОПРОТИВЛЕНИЕМ, включающая вертикальный цилиндрический корпус с поярусно расположенными перфорированными решетками по высоте колонны и слоями насадки на решетках, отличающаяся тем, что решетки выполнены в виде наклонных ступеней, расположенных поочередно в диаметрально противоположных направлениях в смежных по высоте решетках, смежные ступени решеток в плане перекрывают друг друга, задние и боковые кромки ступеней по направлению уклона решетки имеют отбортовки вверх для задержки жидкости, каждая ступень решетки выполнена с наклоном под острым углом к горизонтали в сторону наклона решетки, в ступенях выполнены арочные прорези выпусклостью вверх с осями, направленными в сторону уклона ступенчатой решетки, наклонные ступенчатые решетки снабжены вертикально установленными с плотной укладкой элементами одинаковой высоты винтовой насадки из полимерных метериалов, перфорированные решетки установлены наклонно под острым углом к горизонтали поочередно в диаметрально противоположные стороны, перфорации решеток выполнены в виде арочных прорезей выпуклостью вверх с осями, направленными в сторону наклона решеток, перфорированные решетки установлены на распорные эллиптические разрезные кольца, к концам которых прикреплен упорный винт, проходящий свободно с отверстие другой пластины, по обе стороны которой на упорный винт навинчены гайки так, что гайка между упорными пластинами навинчена до упора в пластину и распорное эллиптическое кольцо плотно прижато к внутренним стенкам колонны, ось упорного винта распорного эллиптического кольца смещена внутрь окружности распорного кольца и вниз относительно плоскости распорного кольца, в нижней части каждой решетки выполнены сегменты из сеток, ячейки которых имеют размеры меньше геометрических размеров элементов насадки для слива жидкости на нижерасположенную решетку. A MASS-EXCHANGE COLUMN WITH LOW HYDRAULIC RESISTANCE, including a vertical cylindrical body with tiered perforated gratings along the column height and nozzle layers on the gratings, characterized in that the gratings are made in the form of inclined steps located alternately in diametrically opposite directions in adjacent steps of adjacent sieves the gratings in plan overlap, the trailing and lateral edges of the steps in the direction of the slope of the grating have flanges up to delay liquid Each step of the grate is made with an inclination at an acute angle to the horizontal to the side of the tilt of the grate, in the steps there are arched slots with upward exhaustance with axes directed towards the slope of the step grate, the inclined step gratings are equipped with vertically mounted elements with the same height of tight installation of the screw nozzle from polymer materials, perforated gratings are mounted obliquely at an acute angle to the horizontal, alternately in diametrically opposite sides, perforations of the gratings are made in the form of arched slots with a convexity upward with axes directed towards the inclination of the gratings, the perforated gratings are mounted on spacer elliptical split rings, to the ends of which a stop screw is attached, passing freely from the hole of the other plate, on both sides of which nuts are screwed onto the stop screw so that the nut between the thrust plates is screwed completely into the plate and the spacer elliptical ring is tightly pressed against the inner walls of the column, the axis of the thrust screw of the spacer elliptical ring is shifted inward In the lower part of each grate, segments are made of grids, the cells of which are smaller than the geometric dimensions of the nozzle elements for draining the liquid onto the downstream grate.

Images