SU891106A1 - Column for carrying out heat mass exchange processes - Google Patents

Description

(54) КОЛОННА ДЛЯ ПРОВЕДЕНИЯ ТЕПЛОМАССООБМЕННЫХ ПРОЦЕССОВ(54) COLUMN FOR CARRYING OUT HEAT AND MASS-EXCHANGE PROCESSES

Изобретение относитс  к колоннам дл  проведени  тепломассообменных процессов между газом и жидкостью, примен емых, в частности, в процессах неизотермической абсорбции, рект фикации, а также испарении и конденсации дл  обеспече1ш  высокой эффективности процессов тепломассообмена при высокой пропускной способности. Известна колонна дл  проведени  тепломассообменных процессов между газом и жидкостью, содержаща  пленочные тарелки, причем кажда  пленоч на  тарелка изготовлена в виде сплош ного горизонтально расположенного листа с закрепленными на нем вертикальными патрубками, нижние торцы которых расположены ниже поверхности листа. В этих тарелках нижние торцы патрубков дл  повышени  предельных нагрузок газа и жидкости могут иметь косой срез , I J. Однако при работе колонн происходит значительный капельный унос жидкости , а также отсутствует продольное секционирование потока газа в колонне. Наиболее близкой по технической сущности и достигаемому результату к изобретению  вл етс  колонна дл  проведени  тепломассообменных процессов между газом и жидкостью, содержаща  пленочные тарелки в виде сплошного горизонтально расположенного листаже закрепленными на нем вертикальными патрубками, верхние горизонтальные торцы которых выступают над листом, а нижние - ниже листа и могут иметь косой срез. При этом поверхности срезов выполнены эквидистантными. Жидкость в данной колонне течет преимущественно в виде пленки, как по горизонтально расположенным лисг там пленочных тарелок, так и сверху вниз по внутренним поверхност м вертикальных патрубков 2. Однако при переходе жидкости с вышележащей тарелки на нижележащую происходит разрыв пленки жидкости . При противоточном движении газа и жидкости в колонне газ разбрызгивает струю жидкости, образующуюс  в местах разрыва пленки, а именно в местах стока жидкости в виде струи при ее переходе с нижних торцов патрубков вышележащей тарелки на горизонтальный лист нижележащей . Образующиес  при разбрызгивании капли жидкости унос тс  вверх потоком газа. Это приводит к значительному капельному уносу жидкости и, следовательно, к снижению предель ных нагрузок газа и жидкости в колон не, а также к уменьшению эффективнос ти процессов тепломассообмена за сче снижени  движущей силы процесса на вышележащей тарелке. Кроме того, в данной конструкции отсутствует продольное секционирование потока газа в колонне,- которое преп тствует физическому моделированию данной колонны и обуславливает наличие существенного эффекта масшта ного перехода. Целью изобретени   вл етс  уменьш ние капельного уноса жидкости и обес печение продольного секционировани  потока газа в колонне. Это достигаетс  тем, что нижние торцы патрубков вышележащей тарелки расположены ниже верхних торцов патрубков нижележащей тарелки, патрубки на соседних тарелках развернуты один относительно другого на . Благодар  этому предотвращаетс  разрыв пленки жидкости при переходе жидкости в вышележащей тарелки на ни жележащую и тем самым ликвидируютс  струи жидкости ( при переходе с тарел ки на тарелку, имеющие место в извес ной колонне) и, как следствие этого, предотвращаетс  разбрызгивание потоком газа этих струй и капельный унос жидкости. На фиг.1 изображена колонна с пле ночными тарелками, снабженными верти кальными naTpy6KaNw, поверхности сре зов которых вьтолнены эквидистантными и представл ют собой параллельные поверхности, продольный разрез; на фиг.2 - то же, срезы патрубков представл ют собой криволинейные поверх4 ности; на фиг.З - разрез А-А на фиг.1 и 2. Колонна содержит корпус 1, в котором закреплены пленочные тарелки 2 и 3. Кажда  пленочна  тарелка выполнена из сплошного горизонтально расположенного листа 4 с закрепленными на нем в.ертикапьными патрубками 5, верхние горизонтальные торцы 6 которых выступают над листом 4, а нижние торцы 7 расположены ниже ; 1иста 4 и имеют косой срез, причем поверхности срезов выполнены эквидистантными . Нижние торцы 7 патрубков 5 вьш1ележащей тарелки 3 расположены ниже верхних торцов 6 патрубков 5 нижележащей тарелки 2, а патрубки 5 на соседних тарелках 2 и 3 соответственно повернуты один относительно другого на 180. Колонна работает следующим образом . Жидкость из распределител  орошени  (не показан} подаетс  на горизонтальный лист 4 вьш1ележащей тарелки 3 и движетс  по нему в виде пленки , котора  через верхние горизонтальные торцы 6 патрубков 5 равномерно распредел етс  по внутренним поверхност м сверху вниз под действием силы т жести в виде пленки на сплошной горизонтальный лист 4 нижележащей тарелки 2. По нижележащей тарелке 2 жидкость движетс  описанным выше способом, Вследствие того, что нижние торц}Л 7 патрубков 5 вьипележащей тарелки 3 расположены ниже верхних торцов 6 патрубков 5 нижележащей тарелки 2, торцы 7 опущены в горизонтальнук пленку жидкости нижележащей тарепки 2. Это приводит к тому , что жидкость движетс  по тарелкам предлагаемой колонны только в виде пленки, котора  нигде не разрываетс . В результате этого капельный унос жидкости встречным потоком газа в значительной мере уменьшаетс , что приводит к существенному повышению предельных нагрузок жидкости и газа. Газ поступает в нижнюю часть корпуса 1 колонны и движетс  противотоком к жидкости. Предлагаема  колонна становитс  состо щей как бы из множества одиночных элементов. Промышленную колонну такой конструкции можно с достаточной степенью точности физически моделировать.The invention relates to columns for conducting heat and mass transfer processes between gas and liquid, used, in particular, in processes of non-isothermal absorption, rectification, as well as evaporation and condensation to ensure high efficiency of heat and mass transfer processes at high throughput. A known column for conducting heat and mass transfer processes between gas and liquid contains film plates, each film on a plate made in the form of a solid horizontal sheet with vertical nozzles fixed on it, the lower ends of which are located below the sheet surface. In these plates, the lower ends of the nozzles to increase the ultimate loads of gas and liquid may have an oblique cut, I J. However, when the columns work, there is a significant drip of liquid and there is no longitudinal separation of the gas flow in the column. The closest in technical essence and the achieved result to the invention is a column for carrying out heat and mass transfer processes between gas and liquid, containing film plates in the form of a solid horizontal sheet arranged with vertical nozzles fixed on it, the upper horizontal ends of which protrude above the sheet and the lower ends below the sheet and may have an oblique cut. In this case, the cut surfaces are equidistant. The liquid in this column flows predominantly in the form of a film, both along horizontally arranged foil plates there and from top to bottom along the inner surfaces of the vertical nozzles 2. However, when the liquid passes from the overlying plate to the underlying one, the liquid film breaks. With countercurrent movement of gas and liquid in the column, the gas sprays a jet of liquid formed at the places of film rupture, namely at the places of liquid flow in the form of a jet when it passes from the lower ends of the pipes of the overlying plate to the horizontal sheet below. The droplets of liquid formed by spraying are carried away upwards by the gas flow. This leads to a significant drop in liquid entrainment and, consequently, to a decrease in the ultimate loads of gas and liquid in the column, as well as to a decrease in the efficiency of heat and mass transfer processes by reducing the driving force of the process on the overlying plate. In addition, in this design there is no longitudinal sectioning of the gas flow in the column, which prevents the physical modeling of this column and causes a significant scale transition effect. The aim of the invention is to reduce the droplet entrainment of a liquid and to provide a longitudinal section of the gas stream in the column. This is achieved by the fact that the lower ends of the nozzles of the overlying plate are located below the upper ends of the nozzles of the underlying plate, the nozzles on the adjacent plates are turned one relative to the other on. Due to this, the liquid film is prevented from breaking when the liquid in the overlying plate is placed on the bottom and thus liquid streams are eliminated (when moving from plate to plate, which take place in a well-known column) and, as a result, gas jets and liquid drip. Fig. 1 shows a column with floating plates equipped with vertical naTpy6KaNw, the cuts of which are equidistant and are parallel surfaces, a longitudinal section; Figure 2 is the same; nozzle sections are curvilinear surfaces; FIG. 3 is a section A-A in FIGS. 1 and 2. The column includes a housing 1 in which film plates 2 and 3 are fixed. Each film plate is made of a solid horizontal sheet 4 with attached vertical sleeves 5, the upper horizontal ends 6 of which protrude above the sheet 4, and the lower ends 7 are located below; 1 and 4 have an oblique cut, and the surface of the sections are made equidistant. The lower ends of the 7 nozzles 5 of the upper plate 3 are located below the upper ends of the 6 nozzles 5 of the underlying plate 2, and the nozzles 5 on the adjacent plates 2 and 3, respectively, are rotated relative to each other by 180. The column works as follows. The liquid from the irrigation distributor (not shown) is fed to a horizontal sheet 4 of the upper plate 3 and moves along it in the form of a film, which through the upper horizontal ends 6 of the nozzles 5 is evenly distributed on the inner surfaces from top to bottom under the force of gravity in the form of a film a continuous horizontal sheet 4 of the underlying plate 2. The underlying plate 2 liquid moves in the manner described above, due to the fact that the lower ends} L 7 nozzles 5 of the underlying plate 3 are located below the upper ends of the 6 5 of the underlying tray 2, the ends of the 7 are lowered into the horizontal film of the liquid of the underlying trap 2. This causes the liquid to move along the plates of the proposed column only as a film that never breaks. As a result, the droplet entrainment of liquid by a counter flow of gas is largely decreases, which leads to a significant increase in the maximum loads of the liquid and gas. The gas enters the lower part of the column case 1 and moves countercurrently to the liquid. The proposed column becomes as if composed of a plurality of single elements. An industrial column of this design can be physically simulated with a sufficient degree of accuracy.

Пример . Определение предельных нагрузок по жидкости и газу|При которых наблюдаетс  интенсивный капельный унос, провод т на модельной установке с колонной из стали 12X18 НцОТ диаметром 0,5 м при атмосферном давлении на средах вода - воздух. Нагрузки по воде поддерживают в пределах 0,041 ,20 кг/МС (в данном случае в качестве дпины в метрах беретс  сумма периметров патрубков на одной тарелке, нагрузки по воздуху - в пределах, соответствующих числам Rdj. 2000-14000.An example. The determination of the ultimate loads for liquid and gas | At which intense droplet entrainment is observed, is carried out on a model plant with a column of 12X18 HcOT steel with a diameter of 0.5 m at atmospheric pressure on water-air media. The water loads are maintained at 0.041.20 kg / ms (in this case, the sum of the perimeters of the pipes on one plate and the air loads within the limits corresponding to the numbers Rdj. 2000-14000 is taken as the distance in meters.

Dp - WrdaKPr ®гЛ ,Dp - WrdaKPr ®gL,

где W - скорость воздуха в патрубках пленочной тарелки;where W is the air velocity in the tubes of the film tray;

эквивалентньв гидравхшческий диаметр патрубков пленочной тарелки; equivalent hydraulic diameter of the foil plate;

Рг - плотность воздуха;Pr is the air density;

р- динамическа  в зкость.p-dynamic viscosity.

При испытани х измер ют расход жидкости и газа (ротаметрами типа PC падение давлени  газового потока при его прохождении сквозь пленочные тарелки с помощью U-образного вод ного дифманометра). В каждом опыте . устанавливают определенную нагрузку по жидкости из указанных пределов и плавно увеличивают расход газа до наступлени  капельного уноса. Момент капельного уноса регистрируют как визуально, так и по скачку давлени , фиксируемому U-образным дифманометром .During the tests, the flow rate of liquid and gas is measured (with PC-type flowmeters, the pressure drop of the gas flow as it passes through the film plates using a U-shaped water differential pressure gauge). In every experience. a certain liquid load is established from the indicated limits and smoothly increases the gas flow before the onset of drift entrainment. The moment of drop drift is recorded both visually and by a pressure jump recorded by a U-shaped differential pressure gauge.

При каждой определенной нагрузке по жидкости в момент капельного унос фиксируют соответствующие нагрузки по газу.At each specific load on the liquid at the moment of drip, the corresponding loads on gas are recorded.

Испытывали колонну, содержащую четыре пленочные тарелки, кажда  в виде сплошного горизонтально расположенного листа толщиной 0,005 м с закрепленными на нем вертикальными патрубками 25x2 мм в количестве 115 штус шагом 0,04 м, верхние горизонтальные торцы которых выступают над листом , а нижние - расположены ниже листа и имеют косой срез, причем поверхности срезов выполнены эквидистантными , нижние торцы патрубков вышележащей тарелки расположены ниже верхних торцов патрубков нижележащей тарелки и патрубки на соседних тарелках повернуты один относительно другого наA column containing four film plates was tested, each in the form of a solid horizontal sheet 0.005 m thick with vertical stubs 25x2 mm fixed to it in the amount of 115 stusi in 0.04 m increments, the upper horizontal ends of which protrude above the sheet and the bottom ones below the sheet and have an oblique cut, the cut surfaces being equidistant, the lower ends of the pipes of the overlying plate are located below the upper ends of the pipes of the underlying plate and the pipes on the adjacent plates are turned one n relative to each other on

180°.180 °.

Анализ полученных экспериментов показал, что при каждой фиксированной нагрузке по жидкости, предельные iнагрузки по газу, при которых наблю- . даетс  интенсивный капельный унос, в предпагаемой колонне на 20-30% выше по сравнению с соответствующими нагрузками в известной колонне.Analysis of the obtained experiments showed that at each fixed fluid load, the maximum gas loads, at which the observed Intensive droplet entrainment is given, in the expected column by 20-30% higher as compared with the corresponding loads in the known column.

Claims (1)

1.Патент Великобритании № , ют. В. IP, 1963.1.Patent UK No., yut. B. IP, 1963. 2,Патент Великобритании2, UK Patent № 879270, кл. 55 2,0 , 1961.No. 879270, cl. 55 2.0, 1961. Фи2.1Phi2.1