RU2113266C1

RU2113266C1 - Column for heat-exchange and mass-transfer processes

Info

Publication number: RU2113266C1
Application number: RU94020356A
Authority: RU
Inventors: Иван Петрович Слободяник
Original assignee: Иван Петрович Слободяник
Priority date: 1994-05-31
Filing date: 1994-05-31
Publication date: 1998-06-20
Also published as: RU94020356A

Abstract

FIELD: interaction of gas(vapor)-liquid systems in the conditions of processes of absorption, rectification, gas scrubbing in chemical, petrochemical, gas and other branches of industry. SUBSTANCE: column has a vertical cylindrical body accommodating centrifugal contact trays with perforations in the form of arched slots with the camber up vertically arranged in tiers, and an Archimedean spiral of strip material vertically installed on rib on each tray diverging from the central drain pipe to the periphery, a centripetal contact tray with perforations in the form of arched slots with the camber up is installed under each tray, central drain pipe of round section is installed in the center on each centripetal contact tray, the pipe lower edge is distant from the underlying centrifugal tray by a value equal to one fourth of the inside diameter of the central drain pipe, and the Archimedean spiral is absolutely symmetrical, as on the centrifugal tray, on the centripetal trays in the peripheral part the Archimedean spirals tightly fit the body walls, in the peripheral part of each centrifugal tray in the point wall a hole of triangular section is made in which the drain duct of triangular section is tightly inserted, whose upper edge is located below the upper edge of the Archimedean spiral; the height of the duct upper cut smoothly varies along the Archimedean spiral and becomes maximum one in the point of its adjoining to the body, and the lower edge of the duct face, the nearest one to the point of adjoining of the Archimedean spiral to the body wall, is distant from the underlying centripetal tray by a value equal to the quotient obtained when the drain duct cross-section area is divided by its wetted perimeter, the distance of the other lower edges of the duct from the plate of centripetal tray increases along the Archimedean spiral; the upper edge of the central pipe on the centripetal tray is located below the upper edge of the Archimedean spiral, the axes of arched slots on the centrifugal trays are directed from the center to the periphery at an acute angle to tangent to the Archimedean spiral towards the arrangement of the center of curvature of the Archimedean spiral, and on the centripetal trays the axes of arched slots are directed from the periphery to the center at an acute angle to tangent and Archimedean spiral towards the arrangement of the center of curvature of the Archimedean spiral. EFFECT: enhanced efficiency of heat transfer between gas(vapor) and liquid due to reduced longitudinal agitation of liquid on tray and increased time of liquid stay on tray in contact with gas(vapor). 8 dwg

Description

Изобретение относится к конструкциям массообменных колонн для взаимодействия между газом (паром) и жидкостью в условиях абсорбции, ректификации, промывки газов, особенно при малых удельных нагрузках по жидкости и больших удельных нагрузках по газу (пару), а именно в условиях вакуумной ректификации, и может найти применение в химической, нефтехимической, газовой, пищевой и смежных отраслях промышленности. The invention relates to designs of mass transfer columns for interaction between gas (steam) and a liquid under conditions of absorption, rectification, gas flushing, especially at low specific liquid loads and high specific gas (steam) loads, namely, under vacuum rectification, and can find application in the chemical, petrochemical, gas, food and related industries.

Известна колонна с колпачковыми тарелками, с диаметральным переливом жидкости, каждая тарелка представляет диск с диаметрально расположенными приемным и сливным карманами, снабженными сливными и переливными трубами, паровыми патрубками и колпачками, расположенными на плите тарелки (Касаткин А. Г. Основные процессы химической технологии. М.: Химия, 1971, с. 447). A known column with cap plates, with a diametric overflow of liquid, each plate represents a disk with diametrically located receiving and drain pockets equipped with drain and overflow pipes, steam pipes and caps located on a plate of a plate (A. Kasatkin. Main processes of chemical technology. M .: Chemistry, 1971, p. 447).

Недостатком известной колпачковой тарелки является низкая эффективность массообмена по Мерфри вследствие продольного перемешивания жидкости, близкого к модели полного перемешивания жидкости на тарелке. A disadvantage of the known cap plate is the low Murphy mass transfer efficiency due to longitudinal mixing of the liquid, close to the model of complete mixing of the liquid on the plate.

Наиболее близкой к заявляемой по технической сущности и достигаемому эффекту является колонна для тепломассообменных процессов, включающая вертикальный цилиндрический корпус, в котором по высоте поярусно расположены центробежные перфорированные контактные тарелки, и вертикально установленную на ребро на каждой тарелке спираль Архимеда из полосового материала, расходящуюся от центральной сливной трубы к периферии (а.с. СССР N 845309, кл. B 01 D 3/20, 3/30, 1984). The closest to the claimed technical essence and the achieved effect is a column for heat and mass transfer processes, including a vertical cylindrical body, in which centrifugal perforated contact plates are tiered along the height, and an Archimedes spiral made of strip material, vertically mounted on each plate, diverging from the central drain pipes to the periphery (AS USSR N 845309, class B 01 D 3/20, 3/30, 1984).

Целью заявляемого изобретения является повышение эффективности массообмена тарелок колонны по Мерфри за счет увеличения времени пребывания жидкости на тарелках в контакте с газом (паром) и уменьшения продольного перемешивания жидкости на тарелках. The aim of the invention is to increase the efficiency of mass transfer of the columns of the columns according to Murphy by increasing the residence time of the liquid on the plates in contact with the gas (steam) and reducing the longitudinal mixing of the liquid on the plates.

Цель достигается тем, что в колонне для теплообменных процессов, содержащей вертикальный цилиндрический корпус, в котором по высоте поярусно расположены центробежные контактные тарелки с перфорациями в виде арочных прорезей выпуклостью вверх, и вертикально установленную на ребро на каждой тарелке спираль Архимеда из полосового материала, расходящуюся от центральной сливной трубы к периферии, под каждой тарелкой установлена центростремительная контактная тарелка с перфорациями в виде арочных прорезей выпуклостью вверх, на каждой центростремительной контактной тарелке в центре установлена центральная сливная труба круглого сечения, нижняя кромка которой отстоит от нижерасположенной центробежной тарелки на величину, равную одной четверти внутреннего диаметра сливной центральной трубы, и абсолютно симметрично спираль Архимеда, как и на центробежной тарелке, на центростремительных тарелках в периферийной части спирали Архимеда плотно примыкают к стенкам корпуса, в периферийной части каждой центробежной тарелки в месте примыкания спирали Архимеда к стенке корпуса выполнено отверстие треугольного сечения, в которое плотно вмонтирован сливной канал треугольного сечения, верхняя кромка которого расположена ниже верхней кромки спирали Архимеда, причем высота верхнего среза канала плавно изменяется вдоль спирали Архимеда и наибольшая в месте ее примыкания к корпусу, а нижняя кромка грани канала, самой близкой к месту примыкания спирали Архимеда к стенке корпуса, отстоит от нижерасположенной центростремительной тарелки на величину, равную частному от деления площади поперечного сечения сливного канала на его смоченный периметр, расстояние остальных нижних кромок канала от плиты центростремительной тарелки увеличивается вдоль спирали Архимеда, верхняя кромка центральной трубы на центростремительной тарелке расположена ниже верхней кромки спирали Архимеда, оси арочных прорезей на центробежных тарелках направлены от центра к периферии под острым углом к касательной к спирали Архимеда в сторону расположения центра кривизны спирали Архимеда, а на центростремительных тарелках оси арочных прорезей направлены от периферии к центру под острым углом к касательной и спирали Архимеда в сторону расположения центра кривизны спирали Архимеда. The goal is achieved in that in a column for heat transfer processes, containing a vertical cylindrical body, in which centrifugal contact plates with perforations in the form of arched slots convex upward are vertically arranged along the height and a Archimedes spiral made of strip material vertically mounted on the edge on each plate, diverging from central drain pipe to the periphery, under each plate there is a centripetal contact plate with perforations in the form of arched slots with a bulge upward, at each price In the center of the cane, a central drain pipe of circular cross section is installed, the lower edge of which is separated from the lower centrifugal plate by an amount equal to one quarter of the inner diameter of the drain central pipe, and the Archimedes spiral is absolutely symmetrical, like on a centrifugal plate, on centripetal plates in the peripheral part Archimedes spirals are tightly adjacent to the walls of the housing, in the peripheral part of each centrifugal plate at the junction of the Archimedes spiral to the wall of the housing an opening of a triangular section is made, into which a drain channel of a triangular section is tightly mounted, the upper edge of which is located below the upper edge of the Archimedes spiral, the height of the upper section of the channel smoothly changing along the Archimedes spiral and the largest at the point of contact with the body, and the lower edge of the channel face itself close to the junction of the Archimedes spiral to the body wall, it is separated from the downstream centripetal plate by an amount equal to the quotient from dividing the cross-sectional area of the drain to the analysa on its wetted perimeter, the distance of the remaining lower edges of the channel from the centripetal plate increases along the Archimedes spiral, the upper edge of the central pipe on the centripetal plate is located below the upper edge of the Archimedes spiral, the axis of the arched slots on the centrifugal plates are directed from the center to the periphery at an acute angle to the tangent to the Archimedes spiral towards the location of the center of curvature of the Archimedes spiral, and on the centripetal plates, the axes of the arched slots are directed from the periphery to the center at an acute angle to the tangent and the Archimedes spiral towards the location of the center of curvature of the Archimedes spiral.

Предлагаемая конструкция колонны для тепломассообменных процессов за счет своих отличительных признаков обеспечивает решение поставленной технической задачи - повышение эффективности массообмена тарелки по Мерфри. The proposed column design for heat and mass transfer processes due to its distinctive features provides a solution to the technical problem - increasing the efficiency of plate mass transfer according to Murphy.

На фиг. 1 представлен продольный разрез колонны для тепломассообменных процессов. In FIG. 1 is a longitudinal section through a column for heat and mass transfer processes.

На фиг. 2 - разрез А-А на фиг. 1. In FIG. 2 is a section AA in FIG. one.

На фиг. 3 - разрез Б-Б на фиг. 1. In FIG. 3 - section BB in FIG. one.

На фиг. 4 - разрез В-В на фиг. 2. In FIG. 4 is a section BB of FIG. 2.

На фиг. 5 - разрез Г-Г на фиг. 2. In FIG. 5 is a section GG in FIG. 2.

На фиг. 6 - вид Д-Д на фиг. 2. In FIG. 6 is a view of DD in FIG. 2.

На фиг. 7 - вид Е-Е на фиг. 3. In FIG. 7 is a view of EE in FIG. 3.

На фиг. 8 - разрез Ж-Ж на фиг. 2. In FIG. 8 - section FJ in FIG. 2.

Колонна для тепломассообменных процессов для взаимодействия между газом (паром) и жидкостью содержит вертикальный цилиндрический корпус 1, в котором по высоте поярусно установлены одна под другой горизонтальные центробежные 2 и центростремительные 3 перфорированные контактные тарелки, на каждой тарелке 2 и 3 установлена на ребро из полосового материала спираль Архимеда 4, расходящаяся от начальной окружности в центре до стенки корпуса 1 на периферии с промежуточными креплениями к тарелкам 2 и 3 болтами 5, на каждой центростремительной тарелке 3 в центре смонтирована сливная труба 6 круглого сечения, верхняя кромка которой расположена ниже верхней кромки спирали Архимеда 4, а нижняя кромка отстоит от нижерасположенной центробежной тарелки 2 на высоту, равную одной четверти внутреннего диаметра сливной трубы 6, в периферийной части каждой центробежной тарелки 2 в местах примыкания спирали Архимеда 4 к стенке корпуса 1 вмонтирован сливной канал 7 треугольного поперечного сечения, верхняя кромка которого расположена ниже верхней кромки спирали Архимеда 4, причем высота верхнего среза сливного канала 7 плавно изменяется вдоль спирали Архимеда 4 от наибольшего значения в месте ее примыкания к корпусу 1, а нижняя кромка грани канала 7 , самой близкой к месту примыкания спирали Архимеда 4 к корпусу 1, отстоит от нижерасположенной центростремительной тарелки 3 на величину, равную частному от деления площади поперечного сечения сливного канала 7 на его смоченный периметр, расстояние остальных нижних кромок канала 7 от центростремительной тарелки 3 плавно увеличивается вдоль спирали Архимеда, перфорации центробежных тарелок 2 выполнены в виде арочных прорезей 8 выпуклостями вверх с осями, направленными от центральной сливной трубы 6 к периферии под острым углом к касательным к спирали Архимеда 4 в сторону расположения центра кривизны спирали Архимеда 4, перфорации центростремительных тарелок 3 выполнены в виде арочных прорезей 9 выпуклостями вверх с осями, направленными от периферийного сливного канала 7 к центру под острым углом к касательным к спирали Архимеда 4 в сторону расположения центра кривизны спирали Архимеда 4. Направления осей арочных прорезей 8 и 9 в сторону расположения центров кривизны спиралей Архимеда 4 обеспечивают уменьшение действия центробежных сил на жидкость выходящего пара (пара) их арочных прорезей 8 и 9, что способствует равномерному распределению жидкости между спиралями Архимеда 4 на тарелках 2 и 3. The column for heat and mass transfer processes for the interaction between gas (steam) and liquid contains a vertical cylindrical body 1, in which horizontal centrifugal 2 and centripetal 3 perforated contact plates are belly mounted one below the other, on each plate 2 and 3 it is mounted on an edge made of strip material Archimedes 4 spiral, diverging from the initial circle in the center to the wall of the housing 1 on the periphery with intermediate fastenings to plates 2 and 3 with bolts 5, on each centripetal container In the center 3, a circular drain pipe 6 is mounted in the center, the upper edge of which is located below the upper edge of the Archimedes 4 spiral, and the lower edge is spaced from the lower centrifugal plate 2 by a height equal to one quarter of the inner diameter of the drain pipe 6, in the peripheral part of each centrifugal plate 2 at the junctions of the Archimedes 4 spiral to the wall of the housing 1, a drain channel 7 of a triangular cross section is mounted, the upper edge of which is located below the upper edge of the Archimedes 4 spiral, and the height of the upper the section of the drain channel 7 smoothly changes along the Archimedes 4 spiral from the highest value at the point of its adjoining to the body 1, and the lower edge of the channel 7 edge closest to the place of the contact of the Archimedes 4 spiral to the body 1 is spaced from the downstream centripetal plate 3 by an amount equal to particular from dividing the cross-sectional area of the drain channel 7 by its wetted perimeter, the distance of the remaining lower edges of the channel 7 from the centripetal plate 3 gradually increases along the Archimedes spiral, perforation of centrifugal containers approx. 2 are made in the form of arched slots 8 with bulges upward with axes directed from the central drain pipe 6 to the periphery at an acute angle to the tangents to the Archimedes 4 spiral towards the location of the center of curvature of the Archimedes 4 spiral, perforations of centripetal plates 3 are made in the form of arched slots 9 with bulges up with axes directed from the peripheral drain channel 7 to the center at an acute angle to the tangents to the Archimedes 4 spiral towards the location of the center of curvature of the Archimedes 4 spiral. Directions of the axes of the arched slots 8 9 in the arrangement of the centers of curvature of Archimedes spirals side 4 provide a reduction in centrifugal force on the fluid exiting vapor (steam) their arched slits 8 and 9, which facilitates uniform distribution of the liquid between the Archimedes spirals 4 on the trays 2 and 3.

Косые срезы верхних и нижних кромок треугольного сливного канала 7 вдоль спиралей Архимеда 4 обеспечивают равномерное наполнение канала 7 при переливе и сливе жидкости в сужающемся сечении между спиралью Архимеда 4 и корпусом 1, что способствует максимальной пропускной способности канала 7 при его минимальных поперечных сечениях. Oblique sections of the upper and lower edges of the triangular drain channel 7 along the Archimedes 4 spirals ensure uniform filling of the channel 7 during overflow and discharge of liquid in the tapering section between the Archimedes 4 spiral and the housing 1, which contributes to the maximum throughput of the channel 7 with its minimum cross sections.

Колонна работает следующим образом. The column works as follows.

Газ (пар) подается в колонну 1 снизу вверх, проходит через арочные прорези 8 и 9 в тарелках 2 и 3 и увлекает находящуюся на них жидкость, сообщая ей часть кинетической энергии, при этом жидкость совершает однонаправленное движение с газом (паром) на центробежных тарелках 2 от центра к периферии, а на центростремительных тарелках 3 - от периферии к центру. Благодаря направленному движению жидкости под действием кинетической энергии газа (пара) на тарелках 2 и 3 не образуются градиенты высоты слоя жидкости на всем ее пути движения между спиралями Архимеда 4 от приемного к сливному карману, при этом высота слоя газо(паро)-жидкостного потока будет постоянной как в поперечном, так и в продольной направлениях, жидкость будет совершать длинный путь движения, намного больший диаметра тарелки, что обеспечивает увеличение времени пребывания жидкости на тарелках в контакте с газом (паром), что, как известно, способствует повышению общей эффективности массообмена тарелок по Мерфри. Кроме того, увеличение длины пути движения жидкости по узкому каналу между спиралями Архимеда 4 на тарелках 2 и 3 приводит к увеличению линейной скорости движения жидкости, что, как известно, способствует уменьшению продольного перемешивания жидкости на тарелке, увеличению движущей силы процесса тепломассообмена между газом (паром) и жидкостью, приближению структуры потока жидкости на тарелки к модели идеального вытеснения вдоль канала при полном перемешивании жидкости по высоте контактного слоя на тарелках, что также приводит к повышению эффективности массообмена тарелок по Мерфри. Gas (steam) is supplied to column 1 from the bottom up, passes through arched slots 8 and 9 in plates 2 and 3 and carries away the liquid located on them, telling it part of the kinetic energy, while the liquid makes unidirectional movement with gas (steam) on centrifugal plates 2 from the center to the periphery, and on centripetal plates 3 - from the periphery to the center. Due to the directional movement of the liquid under the influence of the kinetic energy of the gas (steam) on the plates 2 and 3, gradients of the height of the liquid layer are not formed on its entire path of movement between the spirals of Archimedes 4 from the receiving to the drain pocket, while the height of the layer of gas (vapor)-liquid flow will be constant in both transverse and longitudinal directions, the liquid will make a long path of movement, much larger than the diameter of the plate, which ensures an increase in the residence time of the liquid on the plates in contact with gas (steam), which, as stno, it contributes to the overall efficiency of the mass transfer trays by Murphree. In addition, an increase in the length of the liquid path along a narrow channel between Archimedes 4 spirals on plates 2 and 3 leads to an increase in the linear velocity of the liquid, which, as is known, contributes to a decrease in the longitudinal mixing of the liquid on the plate and to an increase in the driving force of the heat and mass transfer between gas (steam) ) and liquid, approximating the structure of the liquid flow on the plates to the model of ideal displacement along the channel with complete mixing of the liquid along the height of the contact layer on the plates, which also leads to an increase ju the efficiency of mass transfer plates according to Murphy.

Claims

Column for heat and mass transfer processes, containing a vertical cylindrical body in which centrifugal contact plates with perforations in the form of arched slots convex upward and vertically mounted on the edge on each plate of a Archimedes spiral from strip material, diverging from the central drain pipe to the periphery, differing the fact that under each plate there is a centripetal contact plate with perforations in the form of arched slots convex upward, at each price A rattling contact plate in the center has a central drain pipe of circular cross section, the lower edge of which is separated from the lower centrifugal plate by an amount equal to one quarter of the inner diameter of the drain central pipe, and the Archimedes spiral is absolutely symmetrical, as on a centrifugal plate, on centripetal plates in the peripheral part Archimedes spirals are closely adjacent to the walls of the housing, in the peripheral part of each centrifugal plate at the junction of the Archimedes spiral to the wall of the housing a hole of a triangular section is made, into which a drain channel of a triangular section is tightly mounted, the upper edge of which is located below the upper edge of the Archimedes spiral, the height of the upper section of the channel smoothly changing along the Archimedes spiral and the largest at its junction with the body, and the lower edge of the channel face closest to the junction of the Archimedes spiral to the body wall it is separated from the downstream centripetal plate by an amount equal to the quotient from dividing the drain cross-sectional area the analysa on its wetted perimeter, the distance of the remaining lower edges of the channel from the centripetal plate increases along the Archimedes spiral, the upper edge of the central pipe on the centripetal plate is located below the upper edge of the Archimedes spiral, the axis of the arched slots on the centrifugal plates are directed from the center to the periphery at an acute angle to the tangent to the Archimedes spiral towards the location of the center of curvature of the Archimedes spiral, and on centripetal plates, the axes of the arched slots are directed from the periphery to the center at an acute angle to the tangent line and towards the Archimedean spiral arrangement curvature center of the spiral of Archimedes.