RU2102105C1

RU2102105C1 - Mass-transfer column

Info

Publication number: RU2102105C1
Application number: RU96116211/25A
Authority: RU
Inventors: ник Иван Петрович Слобод; Иван Петрович Слободяник
Original assignee: Иван Петрович Слободяник
Priority date: 1996-08-08
Filing date: 1996-08-08
Publication date: 1998-01-20

Abstract

FIELD: designs of packed mass-transfer column for reaction of gas (vapor)-liquid system intended for processes of absorption, rectification, in particular, for small-tonnage production of high-purity chemical reagents; may be used in chemical, petrochemical, food and other industries. SUBSTANCE: mass-transfer column has vertical cylindrical body, arranged in tiers distributing conical lattice with perforations in the form of arched slots with tangentially directed axes and central holes at tops through which axisymmetrical vertical rod is installed and spot-welded to tops of conical lattices. Outer diameter of conical lattices is smaller than inner diameter of body to let free passage. The lowest and highest lattices are confined by detents. Poured on each lattice is packing whose layer height exceeds the half distance between lattices in height. Novelty consists in fastening of distributing conical lattices to vertical rod, restriction of downward motion of lower lattice, and upward motion of upper lattice, possibility of column transportation in assembled state, possibility of column transportation in assembled state, possibility of column operation within a wide range of loads without mechanical carrying away of packing by flow of gas (vapor) and liquid. EFFECT: higher efficiency. 4 dwg

Description

Предлагаемое изобретение относится к конструкциям массообменных колонн насадочного типа для взаимодействия систем газ (пар) жидкость, предназначенных для малотоннажных процессов абсорбции, ректификации и может найти применение в химической, нефтехимической, пищевой и других отраслях промышленности, а также в производстве чистых и сверхчистых химических реактивов. The present invention relates to the design of packed-type mass transfer columns for the interaction of gas (vapor) liquid systems designed for small-tonnage processes of absorption, rectification and may find application in chemical, petrochemical, food and other industries, as well as in the production of pure and ultra-pure chemicals.

Известна массообменная колонна, включающая вертикальный цилиндрический корпус, поддерживающие решетки, слой насадки на каждой распределительной решетке, устройство для перераспределения жидкости под промежуточными решетками (Рамм В.М. Абсорбция газов. М. Химия, 1976, с. 310). A mass transfer column is known, including a vertical cylindrical body, supporting grids, a nozzle layer on each distribution grid, a device for redistributing liquid under the intermediate grids (Ramm V.M. Gas Absorption. M. Chemistry, 1976, p. 310).

Недостатком известной массообменной колонны является недостаточно высокая эффективность массообмена из-за неравномерности распределения жидкости и газа (пара) по поперечному сечению колонны, байпасирования потоков газа (пара) и жидкости по высоте слоя насадки и вследствие каналообразования в потоках газа (пара) и жидкости. A disadvantage of the known mass transfer column is the insufficiently high efficiency of mass transfer due to the uneven distribution of liquid and gas (vapor) over the cross section of the column, bypassing gas (steam) and liquid flows along the height of the packing layer and due to channel formation in gas (steam) and liquid flows.

Наиболее близкой и заявляемой по технической сущности и достигаемому эффекту является массообменная колонна, включающая вертикальный цилиндрический корпус, поярусно расположенные внутри него поддерживающие распределительные конические решетки с перфорациями в виде арочных прорезей с тангенциально направленными осями, слой насадки на каждой распределительной решетке (Патент РФ N 1823196, м. кл. B 01 D 3/22, 1991). The closest and claimed in terms of technical nature and the achieved effect is a mass transfer column comprising a vertical cylindrical housing, supporting conical distribution gratings with perforations in the form of arched slots with tangentially directed axes, with a nozzle layer on each distribution grate (Patent RF N 1823196, M.C. B 01 D 3/22, 1991).

Недостатком известной массообменной колонны является снижение эффективности массообмена, приходящейся на единицу высоты колонны, за счет значительной высоты устройств для перераспределения жидкости в направляющих конусах. A disadvantage of the known mass transfer columns is a decrease in the mass transfer efficiency per unit height of the column due to the significant height of the devices for redistributing the liquid in the guide cones.

Цель изобретения повышение эффективности и экономичности массообмена между газом (паром) и жидкостью за счет интенсификации конвективного массообмена на каждой распределительной решетке при максимальных скоростях легкой фазы газа (пара), за счет уменьшения расстояния по высоте между распределительными решетками и увеличения количества реальных контактов на единицу высоты колонны, за счет упрощения конструкции колонны и снижения ее материалоемкости и трудовых затрат на изготовление, монтаж, ремонт и обслуживание. The purpose of the invention is to increase the efficiency and economy of mass transfer between gas (vapor) and liquid due to the intensification of convective mass transfer on each distribution grid at maximum speeds of the light phase of gas (steam), by reducing the height distance between the distribution grids and increasing the number of real contacts per unit height columns by simplifying the design of the column and reducing its material consumption and labor costs for the manufacture, installation, repair and maintenance.

Цель достигается тем, что, в массообменной колонне, содержащей вертикальный цилиндрический корпус, поярусно расположенные внутри него поддерживающие распределительные конические решетки с перфорациями в виде арочных прорезей с тангенциально направленными осями, слой насадки на каждой распределительной решетке, каждая коническая распределительная решетка выполнена в виде конуса, ориентированного вершиной вниз, с центральным отверстием у вершины, расположенным осесимметрично по отношению к основанию конуса, наружный диаметр основания конуса меньше внутреннего диаметра цилиндрического корпуса для обеспечения свободного прохождения внутри корпуса, внутри отверстий конусов установлен вертикальный стержень, закрепленный к вершинам конусов точечной сваркой, причем наружный диаметр стержня меньше внутреннего диаметра отверстия у вершины конуса, между внутренними стенками отверстий у вершин конусов и поверхностью стержня образуются пространства для прохождения газа (пара) и жидкости, в самой нижней части корпуса к его внутренним стенкам прикреплено не меньше трех упоров по периметру для установки на них самой нижней распределительной решетки, самые меньшие линейные размеры элементов насадки, засыпаемой на распределительные решетки, больше разности между внутренним диаметром корпуса и наружным диаметром конической распределительной решетки. The goal is achieved in that, in a mass transfer column containing a vertical cylindrical body, supporting conical distribution gratings with perforations in the form of arched slots with tangentially directed axes, with a nozzle layer on each distribution grating, each conical distribution grating is made in the form of a cone, oriented top down, with a central hole at the top, located axisymmetrically with respect to the base of the cone, the outer diameter is based the cone is smaller than the inner diameter of the cylindrical body to ensure free passage inside the body, a vertical rod is mounted inside the cone holes, fixed to the tops of the cones by spot welding, the outer diameter of the rod being smaller than the internal diameter of the hole at the top of the cone, between the inner walls of the holes at the tops of the cones and the surface of the rod spaces for the passage of gas (vapor) and liquid are formed, at least three are attached to its inner walls in the lowest part of the housing pores around the perimeter for installing the lowest distribution grid on them, the smallest linear dimensions of the nozzle elements that are filled up on the distribution grilles are greater than the difference between the inner diameter of the housing and the outer diameter of the conical distribution grid.

Предлагаемая массообменная колонна за счет своих отличительных признаков обеспечивает решение поставленной технической задачи повышение эффективности и экономичности массообмена между газом (паром) и жидкостью. The proposed mass transfer column due to its distinguishing features provides a solution to the technical problem of increasing the efficiency and economy 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. 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.

Массообменная колонна (фиг. 1 4) содержит вертикальный цилиндрический корпус 1, поддерживающие конические распределительные решетки 2 в виде конусов, ориентированных вершинами вниз, с перфорациями в виде арочных прорезей 3 с тангенциально направленными осями, в каждой конической решетке 2 выполнено отверстие у вершины осесимметрично по отношению к основанию конуса, наружный диаметр основания конической решетки 2 меньше внутреннего диаметра цилиндрического корпуса 1 для обеспечения свободного прохождения конической решетки 2 внутри корпуса 1, внутри отверстий конических решеток 2 установлен вертикальный стержень 4, закрепленный к вершинам решеток 2 точечной сваркой 5, причем наружный диаметр стержня 4 меньше внутреннего диаметра отверстия у вершины конической решетки 2, между внутренними стенками отверстий у вершин конических решеток 2 и поверхностью стержня 4 образуются пространства для прохождения газа (пара) и жидкости. В самой нижней части цилиндрического корпуса 1 к его внутренним стенкам прикреплено не менее трех упоров 7 по периметру для установки на них самой нижней распределительной решетки 2. The mass transfer column (Fig. 1 4) contains a vertical cylindrical body 1 supporting conical distribution grids 2 in the form of cones oriented downward with perforations in the form of arched slots 3 with tangentially directed axes, in each conical grating 2 an aperture at the top is made axisymmetrically along relative to the base of the cone, the outer diameter of the base of the conical grating 2 is smaller than the inner diameter of the cylindrical body 1 to allow free passage of the conical grating 2 inside the body CA 1, inside the holes of the conical gratings 2 there is a vertical rod 4 fixed to the vertices of the gratings 2 by spot welding 5, the outer diameter of the rod 4 being less than the inner diameter of the hole at the top of the conical grating 2, between the inner walls of the holes at the tops of the conical gratings 2 and the surface of the rod 4 spaces are formed for the passage of gas (vapor) and liquid. At the very bottom of the cylindrical housing 1, at least three stops 7 are attached to its inner walls around the perimeter for mounting the lowest distribution grid 2 on them.

Самые меньшие линейные размеры элементов насадки 6, засыпаемой на распределительные решетки 2, больше разности между внутренним диаметром корпуса 1 и наружным диаметром конической распределительной решетки 2. К нижней и к верхним частям корпуса 1 прикреплены фланцы 8 с образованием отдельных царг для соединения болтами нескольких царг по высоте. Слой насадки 6 засыпается на каждую распределительную решетку 2 последовательно снизу вверх при опускании каждой решетки 2 в колонну на высоту, равную не больше половины расстояния между смежными решетками 2 по высоте. Высота слоя насадки 6 на каждой конической распределительной решетке 2 равна не меньше половины расстояния между решетками 2 по высоте. Для подачи жидкости в колонну служит разъемный штуцер 9, установленный над слоем насадки 6 на решетке 2. The smallest linear dimensions of the elements of the nozzle 6, which are poured onto the distribution grills 2, are larger than the difference between the inner diameter of the housing 1 and the outer diameter of the conical distribution grill 2. Flanges 8 are attached to the lower and upper parts of the housing 1 to form separate cages for bolting several cages along height. The nozzle layer 6 is poured onto each distribution grid 2 sequentially from the bottom up when each grid 2 is lowered into the column to a height equal to no more than half the distance between adjacent grids 2 in height. The height of the nozzle layer 6 on each conical distribution grid 2 is not less than half the distance between the grids 2 in height. To supply fluid to the column is a detachable fitting 9, mounted above the layer of the nozzle 6 on the grill 2.

Для предупреждения подъема связанных между собой поддерживающих распределительных конических решеток 2 верхняя решетка 2 фиксируется стопорным винтом 10, установленным в верхний фланец 8 корпуса 1. To prevent the rise of interconnected supporting conical distribution grids 2, the upper grille 2 is fixed with a locking screw 10 installed in the upper flange 8 of the housing 1.

Свободное сечение арочных прорезей 3, выполненных в конических решетках 2, составляет от 10 до 15% от полного сечения колонны. The free section of the arched slots 3 made in conical gratings 2, is from 10 to 15% of the total section of the column.

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

Газ (пар) поступает в корпус 1 колонны (фиг. 1 4) снизу и движется вверх, проходит через арочные прорези 3 с тангенциально направленными осями распределительных решеток 2, контактируя при этом со стекающей сверху вниз жидкостью, сообщая ей часть кинетической энергии, в результате чего в слое насадки 6 на решетке 2 образуется слегка вращающийся двухфазный газо(паро)-жидкостной поток. При накоплении на решетке 2 жидкости последняя частично сливается через отверстие у конуса решетки 2 между стенками отверстия и стенками стержня 4 так как внутренний диаметр отверстия конусов больше наружного диаметра стержня, а частично сливается через нижние арочные прорези 3 решетки 2, а также через край основания конической решетки 2 в пространстве между внутренними стенками корпуса 1 и наружными кромками конической решетки 2. Причем распределение слива жидкости с решетки 2 происходит равномерно через различные отверстия и щели и может быть оценено статистически в условиях турбулентного режима пульсаций. При этом достигается самая высокая эффективность массообмена за счет конвективного переноса. При малых удельных нагрузках по газу (пару) и жидкости слив жидкости происходит преимущественно через нижние арочные прорези 3 и щели решеток 2, а газ (пар) проходит преимущественно через верхние арочные прорези 3 и щели решеток 2, чем при режиме турбулентных пульсаций. Gas (steam) enters the casing 1 of the column (Fig. 1 4) from below and moves upward, passes through arched slots 3 with the tangentially directed axes of the distribution grids 2, in contact with the liquid flowing from top to bottom, telling it part of the kinetic energy, as a result which, in the layer of the nozzle 6 on the grate 2, a slightly rotating two-phase gas (vapor)-liquid flow is formed. When liquid accumulates on the grate 2, the latter partially merges through the hole at the cone of the grate 2 between the walls of the hole and the walls of the rod 4, since the inner diameter of the cone hole is larger than the outer diameter of the rod, and partially merges through the lower arched slots 3 of the grate 2, as well as through the edge of the base of the conical lattice 2 in the space between the inner walls of the housing 1 and the outer edges of the conical lattice 2. Moreover, the distribution of fluid drain from the lattice 2 occurs evenly through various holes and slots and can be statistically evaluated under turbulent pulsation conditions. In this case, the highest mass transfer efficiency is achieved due to convective transfer. At low specific loads of gas (steam) and liquid, liquid is drained mainly through the lower arched slots 3 and slots of the gratings 2, and gas (steam) passes mainly through the upper arched slots 3 and slots of the gratings 2 than under turbulent pulsations.

В условиях высокоэффективного режима турбулентных пульсаций газа (пара) и жидкости в слое насадки 6 на распределительных решетках 2 происходит повышение эффективности массообмена в фазах за счет дополнительной турбулизации, создаваемой движущейся насадкой, которая не выходит за пределы объема между нижней и верхней решетками, так как образующиеся зазоры между решетками 2 и корпусом 1, а также размеры арочных прорезей 3 решеток 2 меньше минимальных линейных размеров рабочих элементов 6. Under conditions of a highly efficient regime of turbulent pulsations of gas (steam) and liquid in the nozzle layer 6 on the distribution grids 2, the mass transfer efficiency in phases increases due to additional turbulization created by the moving nozzle, which does not go beyond the volume between the lower and upper gratings, since the gaps between the gratings 2 and the housing 1, as well as the dimensions of the arched slots 3 of the gratings 2 are less than the minimum linear dimensions of the working elements 6.

В условиях работы массообменной колонны при высокоэффективном режиме турбулентных пульсаций в каждом объеме слоя насадки 6 между двумя нижней и верхней решетками 2 структуры потока жидкости близка к модели полного перемешивания с высокой эффективностью массообмена по Мерфи ячейки полного перемешивания, очевидно, что с расстояния между решетками 2 по высоте могут быть значительно уменьшены, что позволит значительно увеличить общую эффективность массообмена колонны. Under the conditions of operation of the mass transfer column under the highly efficient regime of turbulent pulsations in each volume of the nozzle layer 6 between the two lower and upper gratings 2, the liquid flow structure is close to the model of complete mixing with high Murphy mass transfer efficiency of the complete mixing cell, it is obvious that from the distance between the gratings 2 heights can be significantly reduced, which will significantly increase the overall mass transfer efficiency of the column.

Технические преимущества заявляемой масообменной колонны по сравнению с прототипом заключаются в повышении эффективности и экономичности массообмена между газом (паром) и жидкостью за счет уменьшения высоты ячейки полного перемешивания с одновременным повышением эффективности массообмена по Мерфи ячейки полного перемешивания в условиях высокоэффективного режима турбулентных пульсаций, за счет упрощения конструкции колонны, возможности ее транспортировки в собранном виде, уменьшения затрат на изготовление, монтаж и ремонт. The technical advantages of the inventive mass transfer columns in comparison with the prototype are to increase the efficiency and economy of mass transfer between gas (steam) and liquid by reducing the height of the full mixing cell while increasing the efficiency of the Murphy mass transfer of the full mixing cell under conditions of a highly efficient turbulent pulsation mode, due to simplification column design, the possibility of its transportation in assembled form, reducing the cost of manufacturing, installation and repair.

Общественно полезные преимущества заявляемой массообменной колонны по сравнению с прототипом, вытекающие из технических преимуществ, заключается в повышении разделяющей способности колонны и; как следствие, в повышении чистоты и качества продуктов разделения и в снижении их себестоимости. Socially useful advantages of the claimed mass transfer columns compared with the prototype, resulting from technical advantages, is to increase the separation ability of the column and; as a result, in improving the purity and quality of separation products and in reducing their cost.

Claims

Mass-transfer column for interaction between gas (steam) and liquid, including a vertical cylindrical body, supporting conical distribution gratings with slots in the form of arched slots with tangentially directed axes, with a nozzle layer on each distribution grate, characterized in that each conical distribution the lattice is made in the form of a cone oriented with the top down, with a central hole at the top located axisymmetrically with respect to the base cone, the outer diameter of the base of the cone is less than the inner diameter of the cylindrical body to ensure free passage of the cone inside the body, a vertical rod is installed inside the cone holes, fixed to the tops of the cones by spot welding, the outer diameter of the rod being smaller than the inner diameter of the hole at the top of the cone, between the inner walls of the holes at the vertices of the cones and the surface of the rod, spaces are formed for the passage of gas (vapor) and liquid, in the lowest part of the body to its inside nnim walls attached at least three abutments for the installation of the lowermost distributor plate, most smaller linear dimensions of the nozzle element, covered on the distribution of the lattice, larger than the difference between the inner diameter of the housing and the outer diameter of the conical distributor plate.