RU2746140C2 - Method of loading annular nozzles into column apparatuses - Google Patents
Method of loading annular nozzles into column apparatuses Download PDFInfo
- Publication number
- RU2746140C2 RU2746140C2 RU2018123600A RU2018123600A RU2746140C2 RU 2746140 C2 RU2746140 C2 RU 2746140C2 RU 2018123600 A RU2018123600 A RU 2018123600A RU 2018123600 A RU2018123600 A RU 2018123600A RU 2746140 C2 RU2746140 C2 RU 2746140C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- packing
- layers
- height
- layer
- elements
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J19/00—Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
- B01J19/32—Packing elements in the form of grids or built-up elements for forming a unit or module inside the apparatus for mass or heat transfer
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Thermal Sciences (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Physical Or Chemical Processes And Apparatus (AREA)
- Vaporization, Distillation, Condensation, Sublimation, And Cold Traps (AREA)
- Separation Using Semi-Permeable Membranes (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к способам осуществления процессов тепло- и массообмена в насадочных колонных аппаратах химической технологии.The invention relates to methods for carrying out heat and mass transfer processes in packed column apparatus of chemical technology.
Известен способ регулярной загрузки кольцевой насадки в колонных аппаратах, заключающийся в том, что кольцевую насадку располагают горизонтальными рядами по концентрическим окружностям со смещением колец каждого последующего ряда по отношению к предыдущему (Дытнерский Ю.И. Процессы и аппараты химической технологии. Часть 2. М.: Химия, 2002, 367 с.)There is a method of regular loading of annular packing in column apparatus, which consists in the fact that the annular packing is arranged in horizontal rows along concentric circles with displacement of the rings of each subsequent row in relation to the previous one (Dytnersky Y. I. Processes and apparatuses of chemical technology.
Недостатком известного способа регулярной укладки кольцевой насадки является определенное снижение эффективности осуществляемого процесса из-за уменьшения активной поверхности вследствие образования линзообразных застойных зон жидкой фазы в местах контакта поверхности соседних элементов кольцевой насадки друг с другом в каждом из рядов.The disadvantage of the known method of regular packing of the annular packing is a certain decrease in the efficiency of the process being carried out due to a decrease in the active surface due to the formation of lenticular stagnant zones of the liquid phase at the points of contact of the surface of adjacent elements of the annular packing with each other in each of the rows.
Наиболее близким к предлагаемому изобретению является способ регулярной укладки кольцевой насадки в контактных аппаратах (RU 2010108213 А МПК B01J 19/32) с расположением ее горизонтальными рядами по концентрическим окружностям со смещением колец в соседних по высоте рядах, равным:Closest to the proposed invention is a method of regular packing of annular packing in contact devices (RU 2010108213 A IPC B01J 19/32) with its horizontal rows along concentric circles with displacement of the rings in rows adjacent in height, equal to:
S=(d+b)/2,S = (d + b) / 2,
где b, мм - величина зазора между соседними элементами насадки в рядах, d, мм - наружный диаметр элементов кольцевой насадки.where b, mm - the size of the gap between adjacent elements of the packing in rows, d, mm - the outer diameter of the elements of the annular packing.
при этом элементы регулярной насадки уложены с зазором друг относительно друга, равным:while the elements of the regular packing are laid with a gap relative to each other, equal to:
b=2δ+с,b = 2δ + c,
где δ - толщина пленки жидкости, гравитационно стекающей по насадке; b=3÷4 мм.where δ is the thickness of the liquid film, gravitationally flowing down the packing; b = 3 ÷ 4 mm.
Недостатком известного способа регулярной укладки кольцевой насадки является большая чувствительность любой регулярной насадки к исходной равномерности распределения взаимодействующих потоков на входе в слой насадки [см. Дмитриева Г.Б. и др. Эффективные конструкции структурированных насадок для процессов тепломассообмена «Химическое и нефтегазовое машиностроение», 2005. №8], что в ряде случаев снижает эффективность осуществления процессов тепло- и массообмена в колонных аппаратах с насадкой.The disadvantage of the known method of regular packing of the annular packing is the high sensitivity of any regular packing to the initial uniformity of the distribution of interacting flows at the entrance to the packing layer [see. Dmitrieva G.B. and others. Effective designs of structured packings for heat and mass transfer processes "Chemical and Oil and Gas Engineering", 2005. No. 8], which in some cases reduces the efficiency of heat and mass transfer processes in columns with packing.
Задача изобретения - увеличение эффективности процессов тепло- и массообмена за счет послойного расположения регулярно уложенной и насыпной насадки в колонном аппарате.The objective of the invention is to increase the efficiency of heat and mass transfer processes due to the layer-by-layer arrangement of regularly laid and bulk packing in the column apparatus.
Указанная задача достигается тем, что регулярная насадка в колонном аппарате укладывается послойно в чередовании со слоями насыпной насадки, причем высота слоев регулярно уложенной и насыпной насадок составляет величину:This task is achieved by the fact that the regular packing in the column apparatus is stacked layer by layer in alternation with layers of bulk packing, and the height of the layers of regularly placed and bulk packing is:
H=A×de,H = A × d e ,
где А=2÷8, de, м - эквивалентный диаметр канала, равный:where А = 2 ÷ 8, d e , m - equivalent channel diameter, equal to:
de=4ε/a,d e = 4ε / a,
где ε - порозность слоя насадки, м3/м3, а - удельная поверхность насадки, м2/м3.where ε is the porosity of the packing layer, m 3 / m 3 , and is the specific surface of the packing, m 2 / m 3 .
при этом величина ε в соседних по высоте слоях регулярно уложенной насадки и насыпной насадки находится в пределах от 0,67 до 0,985.the value of ε in the layers adjacent in height of the regularly laid packing and the loose packing is in the range from 0.67 to 0.985.
Заявляемый способ загрузки кольцевых насадок в колонные аппараты поясняется схемой и графиками. На фиг. 1 показана схема послойной загрузки кольцевой насадки различного типа в абсорбер, например, очистки отходящих газов производства аммиака от СО2. Там же показана изменение основных геометрических параметров используемых типов насадки по ее отдельным слоям при загрузке в колонный аппарат по заявленному способу, а также эпюра трансформации величины скоростей W1, W2 потери напора ΔP1 и ΔР2 по соответствующим слоям насадки по высоте аппарата. На фиг. 2 показана полученная авторами, аналитическим путем, графическая зависимость изменения относительной скорости газового потока по высоте колонного аппарата со слоями с различной порозностью (W1/W2)=ƒ(ε1/ε2). Здесь индексы 1 и 2 относятся к различным типам слоев насадки, а именно: 1 - насыпной слой насадки, 2 - регулярно уложенный слой насадки (см. фиг. 1).The inventive method of loading annular packings into the column apparatus is illustrated by a diagram and graphs. FIG. 1 shows a diagram of the layer-by-layer loading of an annular packing of various types into an absorber, for example, the purification of exhaust gases from the production of ammonia from CO 2 . It also shows the change in the main geometric parameters of the types of packing used in its individual layers when loading into the column apparatus according to the claimed method, as well as the transformation diagram of the velocity values W 1 , W 2 , the pressure loss ΔP 1 and ΔP 2 along the corresponding packing layers along the height of the apparatus. FIG. 2 shows the graphical dependence of the change in the relative velocity of the gas flow along the height of the column apparatus with layers with different porosities (W 1 / W 2 ) = ƒ (ε 1 / ε 2 ), obtained by the authors, analytically. Here, the
На фиг. 3 показана графическая зависимость ожидаемого увеличения эффективности процесса - ΔЕ, % от величины соотношения скоростей газового потока в слоях насадки с различной порозностью.FIG. 3 shows a graphical dependence of the expected increase in the efficiency of the process - ΔЕ,% on the value of the ratio of the gas flow rates in the packing layers with different porosities.
Предлагаемый способ позволяет увеличить эффективность осуществляемого технологического процесса до 12% за счет чередования слоев насыпной - 1 и регулярно уложенной - 2 насадки, высота которых составляет:The proposed method allows you to increase the efficiency of the ongoing technological process up to 12% due to the alternation of layers of bulk - 1 and regularly laid - 2 nozzles, the height of which is:
H=A×de,H = A × de,
где А=2⋅8, de, м - эквивалентный диаметр канала, равный:where A = 2⋅8, d e , m is the equivalent channel diameter, equal to:
de=4ε/a,d e = 4ε / a,
где ε - порозность слоя насадки, м3/м3, а - удельная поверхность соответствующего слоя насадки, м2/м3.where ε is the porosity of the packing layer, m 3 / m 3 , and is the specific surface of the corresponding packing layer, m 2 / m 3 .
при этом величина ε в соседних по высоте слоях регулярно уложенной насадки и насыпной насадки находится в пределах от 0,67 до 0,985. Чередование соседних слоев насыпной и регулярно уложенной кольцевой насадки обеспечивает эффективный пульсирующий режим течения газового потока G и жидкой фазы L по всей высоте колонного аппарата с насадкой (см. фиг. 1).the value of ε in the layers adjacent in height of the regularly laid packing and the loose packing is in the range from 0.67 to 0.985. The alternation of adjacent layers of bulk and regularly laid annular packing provides an effective pulsating mode of flow of the gas flow G and liquid phase L over the entire height of the column apparatus with packing (see Fig. 1).
Примеры осуществления заявляемого способа загрузки кольцевых насадок в колонные аппараты.Examples of the implementation of the proposed method of loading annular packings into the column apparatus.
Геометрические характеристики использованных насадок содержатся в таблице 1.The geometric characteristics of the used nozzles are given in Table 1.
Пример №1. Насадка в виде керамических колец Рашига размером 50×50×5,0 мм укладывается в колонный аппарат чередующимися слоями регулярно уложенной и насыпной насадки внавал. Высота отдельных слоев составляет - у регулярной насадки H=3de, а у насыпной H=4,5de. Здесь de=4ε/а. Величина порозности слоев этой насадки, уложенной, соответственно, внавал и регулярно, (см. таблицу 1) составляла: ε1=0,785 ε2=0,735. Величина отношения (ε1/ε2)=1,068. Из графика на фиг. 2 видно, что в этом случае: (W1/W2)=1,34.
Регулярно уложенная кольцевая насадка, как видно из данных таблицы 1, имеет меньшее живое сечение и меньшую величину порозности по сравнению с насыпной насадкой, загруженной в аппарат внавал, что обеспечивает большую величину локальных скоростей в слоях регулярной насадки. Из-за различного живого сечения, следовательно, и различного гидравлического сопротивления слоев насадки с регулярной и насыпной насадками - скорости движения газового потока в этих слоях насадки, будут различными. При этом само движение газового потока по высоте колонного аппарата с насадкой будет пульсирующим. Следствием пульсирующего режима течения газовой фазы в аппарате является увеличение эффективности процессов тепло- и массообмена на 7,6% (см. график на фиг. 3).Regularly laid annular packing, as can be seen from the data in Table 1, has a smaller open area and a lower porosity value in comparison with the bulk packing loaded into the apparatus in bulk, which provides a large value of local velocities in the layers of regular packing. Due to the different open area, and hence the different hydraulic resistance of the packing layers with regular and loose packing, the velocity of the gas flow in these packing layers will be different. In this case, the very movement of the gas flow along the height of the column apparatus with the packing will be pulsating. The consequence of the pulsating flow of the gas phase in the apparatus is an increase in the efficiency of heat and mass transfer processes by 7.6% (see the graph in Fig. 3).
Пример №2. Насадка в виде металлических миниколец типа MICHM-X-2R2 размером 75×15×1,0 мм укладывается в колонный аппарат регулярными слоями, чередующимися со слоями насадки типа SMR размером 75×22,5×1,0 мм, загруженной в виде насыпной насадки внавал.
Характеристики насадок:Attachment characteristics:
MICHM-X-2R2 - удельная поверхность а = 85,4 м2/м3; эквивалентный диаметр канала - de = 0,044285 м;MICHM-X-2R2 - specific surface area a = 85.4 m 2 / m 3 ; equivalent channel diameter - d e = 0.044285 m;
SMR - a = 88 м2/м3; de = 0,044318 м.SMR - a = 88 m 2 / m 3 ; d e = 0.044318 m.
Высота отдельных слоев насадки составляла:The height of the individual packing layers was:
у регулярно уложенного слоя насадки - Н = 2de = 0,0886 м;at a regularly laid layer of packing - Н = 2d e = 0.0886 m;
у насыпного слоя насадки - Н = 7de = 0,31 м.at the filling layer of the packing - Н = 7d e = 0.31 m.
Величина порозности при этом составляла (см. таблицу 1):In this case, the porosity value was (see table 1):
у регулярно уложенного слоя насадки - ε2=0,94548 м3/м3;at a regularly laid layer of packing - ε 2 = 0.94548 m 3 / m 3 ;
у насыпного слоя насадки - ε1=0,975 м3/м3.at the filling layer of the packing - ε 1 = 0.975 m 3 / m 3 .
Величина отношения (ε1/ε2)=1,031. Из графика на фиг. 2 следует, что в этом случае соотношение скоростей газового потока в соседних слоях насадки в колонном аппарате составляло (см. график на фиг. 2): (W1/W2)=1,155.The value of the ratio (ε 1 / ε 2 ) = 1.031. From the graph in FIG. 2 it follows that in this case the ratio of the gas flow rates in the adjacent packing layers in the column apparatus was (see the graph in Fig. 2): (W 1 / W 2 ) = 1.155.
Таким образом в колонном аппарате с чередующимися слоями насадки обеспечивается пульсирующий режим течения что, в свою очередь, обеспечивает интенсификацию процессов тепло - и массообмена в колонном аппарате на 4,9% (см. график на фиг. 3).Thus, in a column apparatus with alternating layers of packing, a pulsating flow regime is provided, which, in turn, intensifies the processes of heat and mass transfer in the column apparatus by 4.9% (see the graph in Fig. 3).
Пример №3. Насадка в виде керамических колец Палля размером 50×50 мм укладывается в колонный аппарат регулярными слоями, чередующимися со слоями насадки типа MICHM-X-31 размером 75×25×1,0 мм, загруженной в виде насыпной насадки внавал.Example No. 3. Packing in the form of ceramic Pall rings with a size of 50 × 50 mm is placed in a column apparatus in regular layers alternating with layers of packing of the MICHM-X-31 type with a size of 75 × 25 × 1.0 mm, loaded in the form of a bulk packing in bulk.
Геометрические характеристики насадок:Geometric characteristics of the nozzles:
кольца Палля - удельная поверхность а = 153,1 м2/м3; эквивалентный диаметр канала - de = 0,0205 м;Pall rings - specific surface area a = 153.1 m 2 / m 3 ; equivalent channel diameter - d e = 0.0205 m;
кольца MICHM-X-31 - а = 79 м2/м3; de = 0,0488 м.rings MICHM-X-31 - a = 79 m 2 / m 3 ; d e = 0.0488 m.
Высота соответствующих слоев насадки в аппарате составляла:The height of the corresponding packing layers in the apparatus was:
у регулярно уложенного слоя насадки - Н = 2,3de = 0,04715 м;at a regularly laid layer of packing - H = 2.3d e = 0.04715 m;
у насыпного слоя насадки - Н = 6,5de = 0,3172 м.at the filling layer of the packing - Н = 6.5d e = 0.3172 m.
Величина порозности при этом по отдельным слоям насадки в аппарате составляла (см. таблицу 1):In this case, the porosity value for individual layers of the packing in the apparatus was (see table 1):
у регулярно уложенного слоя насадки - ε2=0,784 м3/м3;at a regularly laid layer of packing - ε 2 = 0.784 m 3 / m 3 ;
у насыпного слоя насадки - ε1=0,9639 м3/м3.at the filling layer of the packing - ε 1 = 0.9639 m 3 / m 3 .
Величина отношения (ε1/ε2)=1,229. В этом случае соотношение скоростей о отдельным слоям насадки составляет (см. график на фиг. 2): (W1/W2)=2,145.The value of the ratio (ε 1 / ε 2 ) = 1.229. In this case, the ratio of the speeds of the individual layers of the packing is (see the graph in Fig. 2): (W 1 / W 2 ) = 2.145.
Использованная в данном случае комбинация слоев насыпной и регулярной насадок обеспечивала наибольшую интенсификацию процессов тепло - и массообмена в колонном аппарате. При этом величина ΔЕ=12,6% (см. график на фиг. 3).The combination of layers of bulk and regular packing used in this case provided the greatest intensification of heat and mass transfer processes in the column apparatus. In this case, the value of ΔE = 12.6% (see the graph in Fig. 3).
Пример №4. Насадка в виде чередующихся слоев регулярно уложенной кольцевой насадки в виде колец Рашига и насыпной насадки в виде колец Мебиуса. Кольца Рашига размером 25×25×3,0 мм уложены регулярно с расположением их горизонтальными рядами по концентрическим окружностям со смещением колец каждого последующего ряда по отношению к предыдущему, отличающийся тем, что каждый элемент насадки в нижележащем слое в одной концентрической окружности по отношению к каждому элементу насадки в вышележащем слое расположен со смещением. Кольца Мебиуса с размерами элемента насадки 50×15×0,5 мм уложены внавал. Геометрические характеристики этих насадок приведены в таблице 2.Example No. 4. Packing in the form of alternating layers of regularly placed annular packing in the form of Raschig rings and loose packing in the form of Mobius rings. Raschig rings measuring 25 × 25 × 3.0 mm are laid regularly with their arrangement in horizontal rows along concentric circles with displacement of the rings of each subsequent row in relation to the previous one, characterized in that each packing element in the underlying layer is in one concentric circle with respect to each to the packing element in the overlying layer is displaced. Mobius rings with the dimensions of the nozzle element 50 × 15 × 0.5 mm are stacked in bulk. The geometric characteristics of these nozzles are shown in Table 2.
Сочетание чередующихся слоев регулярной и насыпной насадки в виде колец Мебиуса, обладающих свойством самоориентации, обеспечивает пульсирующий режим течения в колонном аппарате за счет различной величины живого сечения слоя насадки численно равна величине ее порозности (доли пустот).The combination of alternating layers of regular and loose packing in the form of Mobius rings, which have the property of self-orientation, provides a pulsating flow in the column apparatus due to the different values of the free cross-section of the packing layer is numerically equal to the value of its porosity (fraction of voids).
Использование чередующихся слоев регулярно уложенной насадки в виде колец Рашига и насыпной насадки, выполненной в виде колец Мебиуса, обеспечивает высокую эффективность технологического процесса при одновременно низком гидравлическом сопротивлении, что делает предлагаемый способ укладки наиболее энергоэффективным.The use of alternating layers of regularly laid packing in the form of Raschig rings and a bulk packing made in the form of Mobius rings ensures high efficiency of the technological process with simultaneously low hydraulic resistance, which makes the proposed laying method the most energy efficient.
Claims (6)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2018123600A RU2746140C2 (en) | 2018-06-28 | 2018-06-28 | Method of loading annular nozzles into column apparatuses |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2018123600A RU2746140C2 (en) | 2018-06-28 | 2018-06-28 | Method of loading annular nozzles into column apparatuses |
Publications (3)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2018123600A RU2018123600A (en) | 2019-12-30 |
| RU2018123600A3 RU2018123600A3 (en) | 2020-02-04 |
| RU2746140C2 true RU2746140C2 (en) | 2021-04-07 |
Family
ID=69140442
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2018123600A RU2746140C2 (en) | 2018-06-28 | 2018-06-28 | Method of loading annular nozzles into column apparatuses |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2746140C2 (en) |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU316458A1 (en) * | METHOD OF REGULAR INSTALLATION OF TIPS FROM A TANK | |||
| US5194231A (en) * | 1988-11-28 | 1993-03-16 | Citten Fluid Technology Limited | Packing in or for a vessel |
| EP1402936B1 (en) * | 2002-09-25 | 2007-01-03 | Bernard J. Lerner | Packed beds with mixed-size particles |
| RU2440843C2 (en) * | 2010-03-09 | 2012-01-27 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Московский государственный университет инженерной экологии" | Annular packing regular arrangement |
-
2018
- 2018-06-28 RU RU2018123600A patent/RU2746140C2/en active
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU316458A1 (en) * | METHOD OF REGULAR INSTALLATION OF TIPS FROM A TANK | |||
| US5194231A (en) * | 1988-11-28 | 1993-03-16 | Citten Fluid Technology Limited | Packing in or for a vessel |
| EP1402936B1 (en) * | 2002-09-25 | 2007-01-03 | Bernard J. Lerner | Packed beds with mixed-size particles |
| RU2440843C2 (en) * | 2010-03-09 | 2012-01-27 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Московский государственный университет инженерной экологии" | Annular packing regular arrangement |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| RU2018123600A3 (en) | 2020-02-04 |
| RU2018123600A (en) | 2019-12-30 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| RU2015136783A (en) | AMMONIA OXIDATION CATALYST | |
| RU101652U1 (en) | CATALYTIC UNIT AND CATALYTIC SYSTEM FOR IMPLEMENTATION OF HETEROGENEO-CATALYTIC REACTIONS | |
| JP2020189290A (en) | Catalyst modules and applications thereof | |
| RU2746140C2 (en) | Method of loading annular nozzles into column apparatuses | |
| Zagoruiko et al. | Pressure drop of structured cartridges with fiber–glass catalysts | |
| Zagoruiko et al. | Novel structured catalytic systems—Cartridges on the base of fibrous catalysts | |
| US7854906B2 (en) | Reactor for carrying out a reaction between two fluid starting materials over a catalyst bed with premixing of the fluid starting materials in a mixing-in device | |
| Darakchiev et al. | Gas flow distribution in packed columns | |
| CN105214737B (en) | The method of honeycomb molded body and design honeycomb molded body | |
| Porter et al. | Gas distribution in shallow packed beds | |
| JP7499230B2 (en) | Structured Packing | |
| Lebens et al. | Hydrodynamics and mass transfer issues in a countercurrent gas-liquid internally finned monolith reactor | |
| RU2440843C2 (en) | Annular packing regular arrangement | |
| CN103191693A (en) | Window-opening flow guide type catalyst filler | |
| US2424248A (en) | Contacting apparatus | |
| Dzhonova-Atanasova et al. | Liquid distribution in a semi-industrial packed column-experimental and theory | |
| RU2289473C2 (en) | Spiral head for the heat-and-mass exchanging and simultaneous with them reaction processes | |
| RU77406U1 (en) | REGULAR NOZZLE | |
| Olujić et al. | Liquid distribution properties of conventional and high capacity structured packings | |
| RU124925U1 (en) | CATALYTIC SYSTEM FOR CLEANING EXHAUST GASES OF DIESEL ENGINES | |
| Deng et al. | Characterization of Taylor vortex flow in a short liquid column | |
| RU2411079C1 (en) | Regular packing for heat exchangers | |
| RU131311U1 (en) | MASS TRANSFER NOZZLE | |
| RU87103U1 (en) | REGULAR NOZZLE FOR FILM HEAT AND MASS EXCHANGE UNITS | |
| WO2016060593A1 (en) | Contact device for heat/mass exchange and phase separation |