RU2081654C1

RU2081654C1 - Mass-exchange column

Info

Publication number: RU2081654C1
Application number: RU95104587A
Authority: RU
Inventors: И.П. Слободяник; Н.Н. Торбина
Original assignee: Кубанский государственный технологический университет
Priority date: 1995-03-29
Filing date: 1995-03-29
Publication date: 1997-06-20
Also published as: RU95104587A

Abstract

FIELD: mass-exchange equipment. SUBSTANCE: invention relates to packed mass-exchange columns to provide gas(vapor)-liquid interaction when carrying out absorption and rectification processes in chemical, gas, food, and other industries. Invention aims at enhancing efficiency of gas(vapor)-liquid mass exchange owing to increasing mass-exchange interphase surface in free volume of charge and providing structure of liquid stream close to the model of ideal displacement in horizontal plane. Aim is achieved with that, in mass-exchange column including vertical cylindrical casing in which perforated shelves with central openings are stack- wise arranged, the perforations in shelves are made in the form of arc cuts with bulges upward; charge layer is present on each shelf; into central openings of shelves, central tube is mounted in; shelves are helically shaped with radial slope at acute angle to horizontal from casing wall toward central tube; lower radial edge of upper helical perforated shelf is joined through vertical barrier with upper radial edge of lower helical perforated shelf; helical shelf at its lower edge has opening into which overflow pipe is mounted in, its upper end being located above arc cuts and below upper surface of charge bed on the shelf; lower part of overflow pipe functions as drain pipe at upper radial edge of underlying helical shelf; lower level of drain pipe is distanced from underlying shelf with a value not less than 1/4 inner diameter of drain pipe; on helical shelf near its upper radial edge next to drain pipe, radial drain barrier between central tube and casing is fastened, its upper end being located above lower end of drain pipe; axes of arc cuts are oriented from upper radial edge of helical shelf to lower one and at acute angle to radius directed from periphery to center of casing; over the overflow pipe, screen with cell size less than linear size of charge elements is fastened. EFFECT: improved mass-exchange efficiency due to increased mass-exchange interphase surface resulting from improved structure of column. 5 dwg

Description

Изобретение относится к конструкциям массообменных колонн насадочного типа для систем газ(пар)-жидкость, предназначенных для процессов абсорбции, ректификации, промывки газов и особенно вакуумной ректификации 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 absorption, rectification, gas flushing and especially vacuum distillation processes and can be used in chemical, petrochemical, gas and other industries.

Известна массообменная колонна, включающая вертикальный цилиндрический корпус, в котором поярусно по высоте расположены перфорированные полки, перфорации в полках выполнены в виде арочных прорезей, выпуклостями вверх, слой насадки на каждой полке. A mass transfer column is known, including a vertical cylindrical body, in which perforated shelves are arranged in tiers in height, the perforations in the shelves are made in the form of arched slots, bulges up, a nozzle layer on each shelf.

Недостатком известной массообменной колонны является короткий путь движения жидкости в горизонтальной плоскости в слое насадки от центра к периферии и от периферии к центру, что не обеспечивает высокую эффективность массообмена слоя насадки на полке. A disadvantage of the known mass transfer columns is the short path of fluid movement in the horizontal plane in the nozzle layer from the center to the periphery and from the periphery to the center, which does not provide high mass transfer efficiency of the nozzle layer on the shelf.

Цель заявляемого изобретения повышение эффективности массообмена между газом (паром) и жидкостью за счет увеличения межфазной поверхности массообмена в свободном объеме насадки и обеспечения структуры потока жидкости, близкой к модели идеального вытеснения в горизонтальной плоскости при полном перемешивании жидкости по высоте слоя насадки в секции и обеспечения увеличения удельной нагрузки по жидкости. The purpose of the invention is to increase the efficiency of mass transfer between gas (vapor) and liquid by increasing the interfacial mass transfer surface in the free volume of the nozzle and to ensure the structure of the liquid flow close to the model of ideal displacement in the horizontal plane with full mixing of the liquid along the height of the nozzle layer in the section and to ensure an increase specific fluid load.

Цель достигается тем, что в массообменной колонне, включающей вертикальный цилиндрический корпус, в котором поярусно по высоте расположены перфорированные полки с центральными отверстиями, перфорации в полках выполнены в виде арочных прорезей выпуклостями вверх, слой насадки на каждой полке, в центральное отверстие полок вмонтирована центральная труба, полки имеют спиралевидную форму с радиальным уклоном под острым углом к горизонтали от стенки корпуса к центральной трубе, нижний радиальный край верхней перфорированной полки соединен вертикальной перегородкой с верхним радиальным краем нижней перфорированной полки, у нижнего края спиралевидной полки выполнено отверстие, в которое вмонтирована переливная труба, верхняя кромка которой расположена выше арочных прорезей и ниже слоя насадки на полке, а нижняя часть переливной трубы является сливной трубой у верхнего радиального края нижерасположенной полки, нижняя кромка сливной трубы отстоит от нижерасположенной на величину, равную не меньше 1/4 внутреннего диаметра сливной трубы, на полке у ее верхнего радиального края закреплена радиальная сливная перегородка между центральной трубой и корпусом, верхняя кромка которой расположена выше нижней кромки сливной трубы, оси арочных прорезей на полке направлены от верхнего к нижнему радиальному краю полки и под острым углом к радиусу от периферии к центру корпуса, над переливной трубой сверху закреплена сетка с размером ячеек меньше линейного размера элементов насадки. The goal is achieved by the fact that in the mass transfer column, which includes a vertical cylindrical body, in which perforated shelves with central holes are arranged in tiers along the height, perforations in the shelves are made in the form of arched slots with bulges upward, a nozzle layer on each shelf, and a central pipe is mounted in the central hole of the shelves , shelves have a spiral shape with a radial slope at an acute angle to the horizontal from the wall of the housing to the central pipe, the lower radial edge of the upper perforated shelf is connected a vertical partition with the upper radial edge of the lower perforated shelf, a hole is made at the lower edge of the spiral shelf, in which an overflow pipe is mounted, the upper edge of which is located above the arched slots and below the nozzle layer on the shelf, and the lower part of the overflow pipe is a drain pipe at the upper radial the edges of the lower shelf, the lower edge of the drain pipe is separated from the lower by an amount equal to not less than 1/4 of the inner diameter of the drain pipe, on the shelf at its upper radial A radial drain wall is fixed between the central pipe and the casing, the upper edge of which is located above the lower edge of the drain pipe, the axis of the arched slots on the shelf are directed from the upper to the lower radial edge of the shelf and at an acute angle to the radius from the periphery to the center of the housing, above the overflow pipe fixed mesh with mesh size less than the linear size of the nozzle elements.

Предлагаемая конструкция массообменной колонны за счет своих отличительных признаков обеспечивает решение поставленной технической задачи - повышение эффективности массообмена между газом(паром) и жидкостью. The proposed design of the mass transfer column due to its distinctive features provides a solution to the technical problem - increasing the efficiency of mass transfer between gas (vapor) and liquid.

На фиг. 1 схематически представлен продольный разрез массообменной колонны; на фиг. 2 поперечный разрез в плоскости А-А фиг. 1; на фиг. 3 - разрез по Б-Б фиг. 2; на фиг. 4 разрез по В-В фиг. 2; на фиг. 5 разрез по Г-Г фиг. 2. In FIG. 1 is a schematic longitudinal sectional view of a mass transfer column; in FIG. 2 is a transverse section in the plane AA of FIG. one; in FIG. 3 is a section along BB of FIG. 2; in FIG. 4 is a section along BB of FIG. 2; in FIG. 5 a section along G-D of FIG. 2.

Массообменная колонна (фиг. 1 5) содержит цилиндрический вертикальный корпус 1, в котором установлена осесимметричная внутри центральная вертикальная труба 2, вокруг которой и между стенками корпуса 1 поярусно по высоте расположены спиралевидные полки 3 с радиальным уклоном под острым углом к горизонтали от стенки корпуса 1 к трубе 2, через каждый один оборот спиралевидной полки 3 по высоте к радиальным краям полки 3 прикреплены вертикальные радиальные перегородки 4 в форме параллелепипеда, две противоположные стороны которого примыкают к стенке корпуса 1 и к трубе 2, а две другие противоположные стороны примыкают к верхнему и нижнему краям полки 3, над верхним краем полки 3 радиальная перегородка 4 имеет выступающую вверх вертикальную радиальную дополнительную перегородку 5, у нижнего края полки 3 в ней выполнено отверстие, в которое плотно вмонтирована сливная труба с верхней 6 переливной и нижней 7 сливной кромки, над верхней кромкой 6 сливной трубой расположена оградительная сетка 8 для предупреждения попадания в нее элементов насадки, в полке 3 выполнены арочные прорези 9 с осями, направленными от верхнего к нижнему краю полки 3 и под острым углом к радиусу от периферии к центру, верхняя кромка 6 сливной трубы отстоит от полки 3, а нижняя 7 сливной трубы отстоит от полки 3 на величину не менее 1/4 внутреннего диаметра сливной трубы, рядом с нижней сливной кромкой 7 сливной трубы на полке 3 установлена радиальная перегородка 10, верхняя кромка которой расположена выше нижней кромки 7 сливной трубы для обеспечения гидравлического затора, на полки 3 беспорядочно засыпан слой насадки 11 так, что между слоем насадки 11 и смежной верхней полкой 3 образуется сепарационное пространство. The mass transfer column (Fig. 1-5) contains a cylindrical vertical casing 1, in which a central vertical pipe 2, axisymmetric inside, is installed, around which and between the walls of the casing 1 there are spiral-shaped shelves 3 with a radial slope at an acute angle to the horizontal from the wall of the casing 1 to the pipe 2, through each one revolution of the spiral shelf 3 in height, the vertical radial partitions 4 in the form of a parallelepiped are attached to the radial edges of the shelf 3, the two opposite sides of which are adjacent to the the housing casing 1 and the pipe 2, and two other opposite sides adjoin the upper and lower edges of the shelf 3, above the upper edge of the shelf 3, the radial partition 4 has an upward vertical radial additional partition 5, an opening is made in it at the lower edge of the shelf 3, in which the drain pipe is tightly mounted with the upper 6 overflow and lower 7 drain edges, over the upper edge 6 of the drain pipe there is a fence 8 to prevent nozzle elements from entering it, in the shelf 3 there are arched slots 9 with an axis directed from the upper to the lower edge of the shelf 3 and at an acute angle to the radius from the periphery to the center, the upper edge 6 of the drain pipe is spaced from the shelf 3, and the bottom 7 of the drain pipe is at least 1/4 of the inner diameter of the drain pipe pipe, near the lower drain edge 7 of the drain pipe, a radial partition 10 is installed on the shelf 3, the upper edge of which is located above the lower edge 7 of the drain pipe to provide hydraulic congestion, the nozzle layer 11 is randomly filled with the nozzle 11 so that between the nozzle layer 11 and the adjacentthe upper shelf 3 forms a separation space.

Массообменная колонна работает следующим образом. Mass transfer column operates as follows.

Газ(пар) поступает в корпус 1 колонны (фиг. 1 5) снизу вверх, проходит через арочные прорези 9 в спиралевидных полках 3 и проходит через слой насадки 11 на полках 3, где взаимодействует с жидкостью, в результате чего между газом (паром) и жидкостью происходит тепло- и массообмен. Жидкость на каждую спиралевидную полку 3 поступает через нижние сливные кромки 7 сливной трубы и переливается через радиальную перегородку 10, обеспечивающую гидравлический затвор. На самую верхнюю полку 3 массообменной колонны жидкость поступает по водному штуцеру (не показано). На спиралевидной полке 3 со слоем насадки 11 жидкость движется от верхнего к нижнему краю полки, где переливается через верхние переливные кромки 6 сливной трубы и стекает через сливные кромки 7 сливной трубы на нижерасположенную спиралевидную полку 3 у верхнего ее края и т.д. Жидкость движется от верхнего к нижнему краю полки под действием уклона спиралевидной полки 3, а также под действием струй газа(пара), выходящих из арочных прорезей 9, оси которых направлены под острым углом к радиусу от периферии к центру колонны для равномерного распределения жидкости за счет уравновешивания центробежных сил. Для этих же целей спиралевидные полки имеют также радиальный уклон под острым углом к горизонтали от стенки корпуса 1 к центральной трубе 2. Длина пути движения жидкости на спиралевидных полках в среднем почти в 6 раз больше длины пути движения жидкости для прототипа с радиальным движением жидкости от центра к периферии, что обеспечивает повышение эффективности массообмена по Мерфи по сравнению с прототипом при сопоставимых условиях. Gas (steam) enters the casing 1 of the column (Fig. 1 5) from the bottom up, passes through the arched slots 9 in the spiral shelves 3 and passes through the layer of the nozzle 11 on the shelves 3, where it interacts with the liquid, as a result of which between the gas (steam) and the liquid is heat and mass transfer. The liquid for each spiral shelf 3 enters through the lower drain edges 7 of the drain pipe and overflows through the radial partition 10, which provides a hydraulic shutter. The liquid enters the uppermost shelf 3 of the mass transfer column through a water fitting (not shown). On a spiral shelf 3 with a nozzle layer 11, the fluid moves from the upper to the lower edge of the shelf, where it flows through the upper overflow edges 6 of the drain pipe and flows through the drain edges 7 of the drain pipe to the lower spiral shelf 3 at its upper edge, etc. The fluid moves from the upper to the lower edge of the shelf under the influence of a slope of the spiral shelf 3, as well as under the action of gas jets (steam) emerging from the arched slots 9, the axes of which are directed at an acute angle to the radius from the periphery to the center of the column for uniform distribution of liquid due to balancing centrifugal forces. For the same purposes, spiral shelves also have a radial slope at an acute angle to the horizontal from the wall of the housing 1 to the central tube 2. The average length of the liquid path on the spiral shelves is almost 6 times the length of the liquid path for a prototype with a radial liquid motion from the center to the periphery, which provides an increase in the efficiency of mass transfer according to Murphy in comparison with the prototype under comparable conditions.

Claims

Массообменная колонна, включающая вертикальный цилиндрический корпус, в котором поярусно по высоте расположены перфорированные полки, перфорации в полках выполнены в виде арочных прорезей выпуклостями вверх, слой насадки на каждой полке, отличающаяся тем, что полки выполнены с центральными отверстиями, в которые вмонтирована центральная труба, полки имеют спиралевидную форму с радиальным уклоном под острым углом к горизонтали от стенки корпуса к центральной трубе, нижний радиальный край верхней спиралевидной перфорированной полки соединен вертикальной перегородкой с верхним радиальным краем нижней спиралевидной перфорированной полки, у нижнего края спиралевидной полки выполнено отверстие, в котором вмонтирована переливная труба, верхняя кромка которой расположена выше арочных прорезей и ниже верхнего уровня слоя насадки на полке, а нижняя часть переливной трубы является сливной трубой у верхнего радиального края нижерасположенной спиралевидной полки, нижняя кромка сливной трубы отстоит от нижерасположенной полки на величину, равную не меньше 1/4 внутреннего диаметра сливной трубы, на спиралевидной полке у ее верхнего радиального края рядом со сливной трубой закреплена радиальная сливная перегородка между центральной трубой и корпусом, верхняя кромка расположена выше нижней кромки сливной трубы, оси арочных прорезей на полке направлены от верхнего к нижнему радиальному краю спиралевидной полки и под острым углом к радиусу от периферии к центру корпуса, над переливной трубой сверху закреплена сеткой с размером ячеек меньше линейного размера элементов насадки. Mass transfer column, including a vertical cylindrical body, in which perforated shelves are arranged in a tiered height, the perforations in the shelves are made in the form of arched slots with bulges upward, the nozzle layer on each shelf, characterized in that the shelves are made with central holes in which the central pipe is mounted, the shelves have a spiral shape with a radial slope at an acute angle to the horizontal from the wall of the housing to the central pipe, the lower radial edge of the upper spiral perforated shelf with it is single vertical partition with the upper radial edge of the lower spiral-shaped perforated shelf, a hole is made at the lower edge of the spiral-shaped shelf, the overflow pipe is mounted, the upper edge of which is located above the arched slots and below the upper level of the nozzle layer on the shelf, and the lower part of the overflow pipe is a drain pipe at the upper radial edge of the lower spiral shelf, the lower edge of the drain pipe is separated from the lower shelf by an amount equal to not less than 1/4 of the internal diameter meter of the drain pipe, on the spiral shelf at its upper radial edge next to the drain pipe, a radial drain wall is fixed between the central pipe and the body, the upper edge is located above the lower edge of the drain pipe, the axis of the arched slots on the shelf are directed from the upper to the lower radial edge of the spiral shelf and at an acute angle to the radius from the periphery to the center of the body, above the overflow pipe, a grid is fixed on top with a mesh size smaller than the linear size of the nozzle elements.