RU2071804C1

RU2071804C1 - Vortex-type mass-exchange column

Info

Publication number: RU2071804C1
Authority: RU
Inventors: Р.А. Халитов; З.Г. Фаттахов; В.В. Куликов; А.Ф. Махоткин; И.Р. Зарипов; Ф.М. Газизов; Г.А. Иванов
Original assignee: Халитов Рифкат Абдрахманович
Priority date: 1992-04-01
Filing date: 1992-04-01
Publication date: 1997-01-20

Abstract

FIELD: chemical engineering. SUBSTANCE: column designed for absorption, rectification, and distillation processes has a body with cap and stacked two-zone VORTEX contact grades. Over the last contact grade, mist catcher is mounted, and the cap has central opening to release gas stream. To inner cap surface, a cylinder is fastened coaxially with outlet gas fitting, its free end bearing a pocket to collect liquid raised in the form of film with high-speed gas stream in direction to inlet opening. Collected liquid is removed through a pipe in the liquid- withdrawal system. EFFECT: improved design. 2 dwg

Description

Настоящее изобретение относится к аппаратам для проведения процесса массообмена в системе газ (пар) жидкость, абсорбции, ректификации в химической, нефтехимической и других областях промышленности, а более конкретно, в процессе концентрирования и денитрации кислот, а также очистки газовых выбросов промышленных производств. The present invention relates to apparatuses for conducting a mass transfer process in a gas (vapor) liquid system, absorption, rectification in the chemical, petrochemical and other industries, and more particularly, in the process of concentration and denitration of acids, as well as purification of gas emissions from industrial plants.

Известны различные колонные аппараты, в которых для повышения производительности проводят процессы массообмена в пленочно-вихревом режиме благодаря установке на контактных ступенях вихревых контактных элементов (см. например, а.с. СССР NN 563985, 560624, кл. B 01 D 3/30, 1977 г.). Various column devices are known in which, to increase productivity, mass transfer processes are performed in a film-vortex mode due to the installation of vortex contact elements on the contact steps (see, e.g., AS USSR NN 563985, 560624, class B 01 D 3/30, 1977).

В этих массообменных колоннах для исключения вторичного брызгоуноса предусмотрены различные элементы. В а.с. N 563985 каплеуловители, установленные после каждого вихревого контактного элемента, в а.с. N 560624 - сепарационные камеры, выполненные в виде вертикально установленных вдоль корпуса с зазором пластин S-образного изогнутого профиля с частичным перекрытием одна другой. Такое конструктивное выполнение, по мнению авторов, способствует отделению движущейся по стенкам корпуса аппарата жидкости от основного газового потока и исключению вторичного уноса жидкости со ступеней аппарата. Однако, при повышении скорости газового потока в рабочем сечении колонны более 6 м/сек возможен интенсивный брызгоунос жидкости на вышележащую ступень за счет возникновения вихревого прямоточного движения газожидкостного потока в зоне между завихрителем и вертикальными пластинами, подъема пленки жидкости по этим пластинам на вышележащую ступень, а с последней ступени - выноса из аппарата. In these mass transfer columns, various elements are provided to exclude secondary mudflow. In A.S. N 563985 droplet eliminators installed after each vortex contact element, in A.S. N 560624 - separation chambers made in the form of vertically mounted along the body with a gap of plates of an S-shaped curved profile with partial overlap one another. Such a constructive implementation, according to the authors, contributes to the separation of the fluid moving along the walls of the casing of the apparatus from the main gas flow and the elimination of secondary fluid entrainment from the apparatus steps. However, with an increase in the gas flow rate in the working section of the column of more than 6 m / s, intensive spraying of liquid to the overlying stage is possible due to the occurrence of swirling straight-through movement of the gas-liquid flow in the zone between the swirl and vertical plates, lifting of the liquid film along these plates to the overlying stage, and from the last step - removal from the apparatus.

Поэтому известные колонны не обеспечивают увеличения производительности, так как при повышении расхода по газу начинается интенсивный брызгоунос, и наряду с капельным, пленочный вывод жидкости из аппарата. Therefore, the known columns do not provide an increase in productivity, since when the gas flow rate increases, intensive spraying starts, and along with the drip, film withdrawal of liquid from the apparatus.

Наиболее близкой по технической сущности к предлагаемому решению является вихревая тепломассообменная колонна (см. а.с. N 563985, М.кл. B 01 D 3/30, 1977 г.). The closest in technical essence to the proposed solution is a vortex heat and mass transfer column (see A.S. N 563985, M.cl. B 01 D 3/30, 1977).

Эта колонна содержит корпус, расположенные внутри него, переливные устройства и контактные элементы, закрепленные в разделительных перегородках и днищах, состоящие из патрубков с отверстиями для подачи в них жидкости, завихрителей и каплеуловителей. Каждый контактный элемент снабжен газопроводом на верхнем конце которого установлен завихритель, нижний конец газопровода расположен ниже отверстий патрубка. This column contains a housing located inside it, overflow devices and contact elements fixed in the separation walls and bottoms, consisting of nozzles with holes for supplying liquid to them, swirlers and drop eliminators. Each contact element is equipped with a gas pipeline at the upper end of which a swirl is installed, the lower end of the gas pipeline is located below the nozzle openings.

Благодаря этому режим работы колонны становится более устойчивым при изменении нагрузок по фазам. При этом исключается проскок жидкости вне зоны контакта фаз, интенсифицируются процессы массообмена между жидкой и газовой фазами. Due to this, the operation mode of the column becomes more stable when changing loads in phases. This eliminates the leakage of fluid outside the contact zone of the phases, intensifies the processes of mass transfer between the liquid and gas phases.

Недостатком известной колонны является то, что при повышенных нагрузках по газу начинается прямоточное движение газа и жидкости по корпусу аппарата после последней контактной ступени, вследствие этого увеличивается капельный и пленочный вывод жидкости из аппарата. Этот недостаток особенно отрицателен при работе массообменной колонны в процессе концентрирования и денитрации кислот, так как вынос капель кислоты в отходящих газах значительно снижает производительность колонны по продукционной кислоте. A disadvantage of the known columns is that with increased gas loads, direct-flow movement of gas and liquid begins along the body of the apparatus after the last contact stage, as a result of which the drip and film output of the liquid from the apparatus increases. This disadvantage is especially negative during the operation of the mass transfer column in the process of concentration and denitration of acids, since the removal of acid droplets in the exhaust gases significantly reduces the productivity of the column in production acid.

В основу настоящего изобретения поставлена задача создать массообменную колонну, обладающую большой производительностью и практически исключающую унос жидкости из аппарата. The basis of the present invention is the task to create a mass transfer column with high performance and virtually eliminating the entrainment of liquid from the apparatus.

Поставленная задача решается тем, что в массообменной колонне вихревого типа, содержащей корпус с крышкой, расположенные друг над другом вихревые контактные ступени, разделенные перегородками на верхние и нижние зоны, систему отвода жидкости с верхней зоны каждой ступени, брызгоуловитель, согласно изобретению крышка выполнена с центральным отверстием, коаксиально которому прикреплен к внутренней поверхности крышки цилиндр, диаметром не менее диаметра центрального отверстия, свободный конец которого снабжен карманом, полость которого сообщена посредством трубки с системой отвода жидкости. The problem is solved in that in a vortex-type mass transfer column containing a housing with a lid, vortex contact steps located one above the other, separated by partitions into upper and lower zones, a liquid removal system from the upper zone of each stage, a spray catcher, according to the invention, the lid is made with a central a hole, coaxially to which a cylinder is attached to the inner surface of the lid, with a diameter not less than the diameter of the central hole, the free end of which is provided with a pocket, the cavity of which It communicates via a tube with a liquid discharge system.

Благодаря предложенному решению массообменной колонны, жидкость поднимается газовым потоком в виде пленки по внутренней стенке к выходному центральному отверстию в крышке, улавливается и сливается в систему отвода жидкости. Это позволяет увеличить удельные нагрузки по фазам, тем самым увеличивая производительность колонны, повысить скорость газового потока, что приводит к повышению эффективности тепломассообмена. Thanks to the proposed solution of the mass transfer column, the liquid rises in a gas stream in the form of a film along the inner wall to the outlet central hole in the lid, is trapped and discharged into the liquid drainage system. This allows you to increase the specific load in phases, thereby increasing the performance of the column, to increase the gas flow rate, which leads to an increase in the efficiency of heat and mass transfer.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг.1 представлен продольный разрез предлагаемой колонны, на фиг.2 узел I. The invention is illustrated by drawings, where figure 1 shows a longitudinal section of the proposed columns, figure 2 node I.

Колонна состоит из корпуса 1 с крышкой 2, расположенных друг над другом вихревых контактных ступеней 3, разделенных перегородками 4 на верхнюю 5 и нижнюю 6 зоны. Для вывода жидкости из зоны 5 предусмотрен патрубок 7 в систему отвода жидкости. Крышка 2 колонны выполнена с центральным отверстием 8 для вывода газа. Между крышкой 2 и последней (верхней) контактной ступенью 3 установлен брызгоуловитель 9. The column consists of a housing 1 with a cover 2, vortex contact steps 3 located one above the other, separated by partitions 4 into the upper 5 and lower 6 zones. To withdraw fluid from zone 5, a pipe 7 is provided in the fluid drainage system. The cover 2 of the column is made with a Central hole 8 for the output of gas. Between the cover 2 and the last (upper) contact stage 3, a spray trap 9 is installed.

В нижней части брызгоуловителя 9 установлен патрубок 10 для вывода жидкости в систему отвода жидкости. Внутри крышки 2 прикреплен к ее внутренней поверхности коаксиально к отверстию 8 цилиндр 11, диаметр которого должен быть не менее диаметра центрального отверстия. На свободном конце цилиндра 11 выполнен карман 12 с образованием полости, которая через трубку 13 и патрубок 10 сообщена с системой отвода жидкости. Количество трубок 13 определяется условиями эксплуатации. В колонне предусмотрен патрубок 14 для подачи жидкости фазы в колонну, и патрубок 15 для слива жидкости из колонны. In the lower part of the spray trap 9, a pipe 10 is installed for discharging liquid into the liquid drainage system. Inside the lid 2, a cylinder 11 is attached coaxially to the hole 8 to its inner surface, the diameter of which must be at least the diameter of the central hole. At the free end of the cylinder 11, a pocket 12 is made with the formation of a cavity, which is connected through the tube 13 and the pipe 10 to the fluid drainage system. The number of tubes 13 is determined by the operating conditions. A pipe 14 is provided in the column for supplying the phase liquid to the column, and a pipe 15 for draining the liquid from the column.

Колонна может работать в режиме абсорбции, например, для очистки отходящих газов от паров и тумана кислот, в режиме ректификации и дистилляции, например, при концентрировании и денитрации кислот. The column can operate in an absorption mode, for example, for purification of exhaust gases from vapors and an acid mist, in a rectification and distillation mode, for example, during acid concentration and denitration.

Рассмотрим работу колонны на примере концентрирования серной кислоты. Исходную слабую (70% ) серную кислоту подают в нижнюю зону 6 последней (верхней) по ходу газового потока контактной ступени 3 колонны. Серная кислота подается со ступени на ступень вниз, концентрируется и в виде продукционной 92% серной кислоты сливается из первой контактной ступени 3 и через патрубок 15 выводится из колонны в холодильник. Горячие топочные газы подают под первую контактную ступень 3. Поступая в вихревой элемент контактной ступени, они приобретают вращательное движение, смешиваются с жидкостью, образуя высокотурбулизированный газожидкостной поток. На контактных ступенях происходит тепломассообмен между газовой и жидкой фазами. На выходе из вихревого элемента часть жидкости под действием центробежных сил ударяет об стенку колонны, стекает в верхнюю зону 5 и выводится через патрубок 7 в систему отвода жидкости на нижнюю зону 6 низлежащей контактной ступени 3. Другая часть в виде брызг, капель и пленки жидкости газовым потоком уносится на вышележащую ступень. При этом происходит такое распределение концентрации серной кислоты на контактных ступенях колонны, при котором пересыщения паров серной кислоты ниже их критических значений, что приводит к предотвращению образования тумана серной кислоты, к ликвидации местных перегревов и разложения серной кислоты на ступенях. С верхней последней контактной ступени газожидкостной поток поступает в брызгоуловитель 9. В брызгоуловителе с элементом вихревого типа капли и брызги в закрученном вихревом потоке, поднимаясь вверх под действием центробежных сил отбрасываются к периферии и оседают на стенках колонны, образуя пленку. При повышенной производительности аппарата скоростной газовый поток поднимает жидкостную пленку вверх по стенке аппарата. Газовый поток выводится из колонны через центральное отверстие 8. Достигая цилиндра 11 под действием сил тяжести, она стекает по нему в карман 12, из которого отводится по трубке 13 через патрубок 10 в систему отвода жидкости. Ликвидация капельного и пленочного выноса жидкости из колонны способствует повышению производительности по продукционной кислоте, повышению степени очистки отходящих газов без дополнительных энергозатрат. Consider the operation of the column as an example of concentration of sulfuric acid. The initial weak (70%) sulfuric acid is fed into the lower zone 6 of the last (upper) along the gas stream of the contact stage 3 of the column. Sulfuric acid is supplied from one stage to another, concentrated, and in the form of production 92% sulfuric acid is discharged from the first contact stage 3 and is discharged from the column into the refrigerator through the pipe 15. Hot flue gases are fed under the first contact stage 3. Entering the vortex element of the contact stage, they acquire a rotational motion, mix with the liquid, forming a highly turbulent gas-liquid flow. At the contact steps, heat and mass transfer occurs between the gas and liquid phases. At the exit of the vortex element, a part of the liquid under the action of centrifugal forces hits the wall of the column, flows into the upper zone 5 and is discharged through the pipe 7 into the liquid removal system to the lower zone 6 of the lower contact stage 3. The other part is in the form of sprays, drops and a liquid film of gas flow is carried away to an overlying step. In this case, there is such a distribution of sulfuric acid concentration on the contact steps of the column, in which supersaturation of sulfuric acid vapors is below their critical values, which prevents the formation of sulfuric acid mist, eliminates local overheating and decomposition of sulfuric acid on the steps. From the upper last contact stage, the gas-liquid flow enters the spray trap 9. In the spray trap with the vortex type element, droplets and splashes in a swirling vortex flow, rising upward by centrifugal forces, are discarded to the periphery and settle on the walls of the column, forming a film. With increased productivity of the apparatus, a high-speed gas stream lifts the liquid film up the apparatus wall. The gas stream is discharged from the column through the central opening 8. Reaching the cylinder 11 under the action of gravity, it flows down it into the pocket 12, from which it is discharged through the pipe 13 through the pipe 10 to the fluid drainage system. The elimination of drip and film removal of liquid from the column helps to increase production acid productivity, increase the degree of purification of exhaust gases without additional energy costs.

Повышение производительности колонны при работе в любом режиме достигается за счет повышения нагрузок по фазам, при которых происходит интенсификация тепломассообмена между фазами при практическом исключении вторичного брызгоуноса из колонны. Improving the performance of the column when working in any mode is achieved by increasing the loads on the phases at which the intensification of heat and mass transfer between the phases occurs with the practical exclusion of the secondary mudguard from the column.

Claims

A vortex-type mass exchange column containing a housing with a lid, vortex contact steps located one above the other, separated by partitions into upper and lower zones, a fluid removal system from the upper zone of each stage, a spray catcher, characterized in that the lid is made with a central opening coaxially attached to it to the inner surface of the lid, a cylinder with a diameter not less than the diameter of the central hole, the free end of which is provided with a pocket, the cavity of which is communicated by means of a tube with the system drainage of fluid.