Тепломассообменная колонна

.Я 01044320 А В 01 0 53/2 ГОСУД АРСТВЕННЫИ ПО ДЕЛАН ИЗОБРЕ МИТЕТ СССРЙ И ОТНРЬПЪЮ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕ ВТО Ки 4 ь Ь атМУ СВИДЕТЕЛЬСТ(56) 1. Рамм В.М.Абсорбция газов.М., 1966, с.378.2 Авторское свидетельство СССР Ю 731984, кл. В 01 0 3/20, 28.03.78 . (прототип) .(54)(57) 1. ТЕПЛОМАССООБМЕННАЯ ОЛОННА для взаимодействия газа жид", кости, содержащая насадку, ограниченную сплошными боковыми и газопроницаемыми взаимно противоположными стенками и разделенную по высоте на отдельные ступени контакта горизонтальными перегородками с раэ" мещенными на них над слоем насадки распределителями жидкости, а по обе стороны слоя со стороны газопроницаемых перегородок - сплошным участком . или окном для прохода газа, чередуюЦ а соседних по высоте гориых перегородках, о т л ич а ю щ а я с я. тем, что, с целью уменьшения высоты слоя насадки и снижения перепада давления на каждой суупени контакта, слой насадки на . каждой ступени контакта выполнен из четырех отдельных секций, при этом сплошные боковые стенки смежных сек" ций на данной ступени контакта и по высоте перпендикулярны, а наружные сплошные боковые стенки выполненыбольшей длины и соединены с перпендикулярными им сплошными боковыми стенками соседних секцич, образуя на каждой ступени контакта изолированные друг от друга внутреннюю и внешнюю эоны для прохода газа, а на горизонтальных перегородках окна для прохода газа поочередно расположены во внутренней или во внешней зоне.2. Колонна по п.1, о т л и ч а ющ а я с я тем, что, с целью дальнейшего уменьшения высоты слоя насадки и снижения перепада давления, слой насадки на каждой ступени контакта выполнен из числа секций, кр ных четырем.320 2ются в условиях больших нагрузок погазу 0=4-8 м), составит более 3-б м,Слои насадки такой высоты в условияхперекрестного контакта фаз будут работать чрезвычайно неэффективно нетолько вследствие неизбежной неравномерности распределения фаз в слоевплоть до выноса всей жидкости изслоя и байпасирования газа черезнижнюю часть слоя насадки. Даже приустановке в пределах одной ступениконтакта промежуточных перераспределителей жидкости, которые позволи",ли бы обеспечить более равномерноераспределение контактирующих фаз вслое насадки, процесс тепломассообмена в слоях насадки большой высотыпри принятой схеме движения фаэ эффективно протекает только на относительно небольшом начальном участке. Теория и практика работы промыш"ленных колонн показывает, что высота слоя, необходимая для того, цтобыконтактирующие фазы .пришли в состояние равновесия для равного типа насадок, составляет 0,5-1,5 м.В связи с этим применение в данных условиях известной колонны приводит к чрезмерному росту общей высоты аппарата, котврая диктуется нестолько требованием по числу ступеней контакта, сколько необходимостьюобеспечения допустимых скоростей газа в слое насадки,Недостатком известной конструкции является также наличие резких .поворотов газа при переходе его наследующую ступень контакта, так какнаправление движения потоков газана соседних ступенях меняется напротивоположное. Это приводит к повышению перепада давления в колонне,что для целого ряда процессов тепломасообмена таких, как вакуумная ректификация и абсорбция при подаче газа низконапорными газодувками, является главным лимитирующим фактором.1 Изобретение относится к аппаратамдля проведения процессов тепломассообмена между газом 1,паром ) и жидкостью и может быть использовано в нефтеперерабатывающей, нефтехимической,газовой и химической промышленности.Известна тепломассообменная колонна для взаимодействия газа и жидкости, содержащая насадку, разделенную по высоте на отдельные слои пер 10форированными горизонтальными перегородками 1 1 1.Контактирование газа и жидкости вуказанной колонне происходит при противоточном вертикальном движении фаэ.5Поскольку поперечные сечения для прохода фаз в этих колоннах равны, этоприводит при больших нагрузках погазу и малых нагрузках по жидкостик малой плотности орошения насадоч 20. ного слоя и, как следствие, к низкойэффективности разделения.Известна тепломассообменная колонна для взаимодействия газа и жидкости содержащая насадку, ограни 25ченную двумя сплошными и двумя газопроницаемыми взаимно противоположными стенками и разделенную по высоте на отдельные ступени контакта.горизонтальными перегородками с размещенными на них над слоем насадкираспределителями жидкости, а по обестрроны слоя со стороны газопроницаемых перегородок - сплошным участкомили окном для прохода газа, чередующимися на соседних по высоте горизонтальных перегородках 2 .1.Недостатком известной колонны яв"ляется то, что при больших нагруз"ках по газу для предотвращения эах"лебывания или выноса жидкости из слоя 40насадки горизонтальным потоком газанеобходимо обеспечить большую площадь сечения для прохода газа, т,е.большую высоту слоя насадки. Из ус"ловия равенства предельных скоростей 45, газа при противотоке и перекрестномтоке фаз требуемая высота слоя насадки Н составляет-гН = "ФВ т 50где О - диаметр колонны,В - ширина слоя насадки,максимальное значение которой теоре"тически не может быть больше О.Таким образом, из уравнения требуемая высота каждого слоя должнабыть больше 0,785 О, что для колоннбольшого диаметра, которые применяЦель изобретения " уменьшение высоты слоя насадки и снижение перепа-. да давления на каждой ступени.контакта.Поставленная цель достигается тем, что на каждой ступени контакта слой насадки выполнен из четырех отдельных секций, при этом боковые сплошные стенки смежных секций на данной ступени контакта и по высоте перпендикулярны, наружные сплош3 1044ные боковые стенки выполнены большего размера и соединены с перпендикулярными им сплошными стенкамисоседних секций, образуя на каждойступени контакта изолированные друг .от друга внутреннюю и внешнюю зоныдля прохода газа, а на горизонтальных перегородках окна для проходагаза поочередно расположены во внутренней или во внешней зоне, 0Слой насадки на каждой ступениконтакта выполнен иэ числа секцийкратных четырем.Предлагаемое выполнение слоянасадки из четырех отдельных секцийс перпендикулярными на смежных секциях сплошными стенками позволяетсущественно увеличить суммарную ширину слоя насадки путем увеличенияобщего периметра газопроницаемыхстенок на каждой ступени контакта, что дает возможность уменьшитьтребуемую высоту слоя насадки.А сочетание предлагаемой компо"новки секций с удлинением внешних25относительно оси колонны сплошныхстенок смежных секций и поочереднымперекрытием на горизонтальных перегородках одной из двух зон дляпрохода газа приводит к тому, чтопри переходе газа из внутренней зо:ны во внешнюю направление движениягаза не меняется, так как в секции,откуда выходит газ, и в секции навышележащей ступени контакта, куданаправляется газ, направление сплошных перегородок идентично. При выполнении слоя иэ четырех секций число резких поворотов газа со сменойнаправления уменьшается вдвое, чтоприводит к снижению перепада давле" .40ния в колонне,С целью дальнейшего уменьшениявысоты слоя насадки и перепада давления в колонне слой насадки на каж"дой ступени контакта выполнен с,боль шим числом секций, кратнЬм четырем.Увеличение количества секций позволяет при воспроизведении предла,гаемой компоновки секций еще больше увеличить суммарный периметр газо.50проницаемых перегородок и тем самымпропорционально уменьшить высоту слоянасадки, а также сократить число резких поворотов газовых потоков, а следовательно, и перепад давления в колонне.На Фиг, 1 изображена колонна, общий вид; на фиг. 2 - разрез Л-А на 320 4Фиг 1; на фиг. 3 - разрез Б-Б нафиг. 1; на фиг, 4 - колонна из 16 секций, общий вид; на фиг. 5 - разрез .В-В на Фиг.4; на фиг. 6 - разрезГ-Г на фиг.4.Иассообменная колонна имеет корпус1 с насадкой выполненной из отдель"ных секций 2, ограниченных двумя газопроницаемыми 3 и двумя сплошнымиперегородками - наружной 4 и внутренней 5 и разделенной .по высоте на от"дельные слои горизонтальными перегородками б, имеющими расположенныенад слоями насадки распределители 7жидкости, сплошные участки 8 и окна9 для прохода газа.Секции 2 насадки и перегородки 4и 5 образуют в колонне внешнюю 10 и.внутреннюю 11 зоны для прохода газа.Тепломассообменная колонна работа"ет следующим образом.Жидкость подается на верхнюю горизонтальную перегородку б в распределители 7 жидкости, размещенные надкаждой секцией 2 и стекает выше по на"садке,где койтактирует с газовым потоком и равномерно перераснределяетсяпо секциям насадки на каждой последующей ступени контакта.Газ поступает на внешнюю зону 10на нижней ступени контакта, разделяется пропорционально числу секций 2насадки и через газопроницаемыестенки 3 горизонтальными, взаимноперпендикулярными на соседних секци"ях потоками контактирует со стекаю"щей по насадке жидкостью. После контакта газ выходит из секции во внутреннюю зону 11, образованную сплошными участками 8 горизонтальных перегородок,и сплошными боковыми перегородками 4," и поднимается через окна.9 для прохода газа на следующую ступень контакта. Затем газ, не меняянаправления, поступает в очереднойслой насадки на контакт с жидкостью.Проконтактировав с жидкостью в сек"ции насадки, примыкающей к внешнейзоне 10, газ через окна 9 переходит на очередную ступень контакта,меняя направление движения на противоположное.При этом в связи с тем, что сме-.на направления потоков газа происходит во внешних зонах, имеющихбольшее сечение, чем внутренниезоны, перепад давления в них не превышает сопротивления внутренних зондля прохода газа,104 Преимущества предлагаемой .колоннынаиболее полно реализуются в процессах вакуумной ректификации, например, при вакуумной перегонке мазута,протекающих при взаимодействии больших количеств пара и чрезвычайномалых количеств жидкости, при жестких требованиях к допустимому перепаду давления в колонне,Работающие в составе установокАВТ пррмышленные вакуумные колонны выполняются тарельчатыми и имеютдиаметры 4-8 м. Тарельчатые контактфные устройства обладают высоким перепадом давления ( 4-б мм рт.ст, врасчете на одну теоретическую ступеньконтакта ). При требовании малогоперепада давления в колонне задачаразмещения достаточно большого числа теоретических ступеней контактта, необходимых для четкого. разделения исходного сырья, может быть ревена только с помощью насадочныхконтактных устройств, обладающихудельным перепадом давления не болеемм рт,ст. на одну теоретическуюступень контакта. Однако известныепротивоточные насадочные колонныв данных условиях работают с низкой эффективностью вследствие невозможностиобеспечения равномерного распределениямалых количеств жидкости на большомпоперечном сечении слоя насадки, априменение известных насадочных ап 4 З 20Фпаратов 2 1 невозможно из-за ограниченной высоты существующих колонн.Предлагаемая конструкция предназначена прежде всего для рекон струкции именно таких крупногабаритных колонн, так как позволяетпри малом перепаде давления размес"тить в ограниченной высоте работающих в промышленности колонн доста точное число ступеней контакта.Такнапример, уже выполнение насадочныхслоев из 16 секций позволяет реализовать в колонне диаметром 4 м ступень контакта практически на той же 15 высоте, что и тарельчатые контактные устройства, но при гораздо меньшем перепаде давления и при болеевысокой эффективности разделения.При этом плотность орошения насадки 20 может быть повышена в 3-4 раза.Внедрение предлагаемых насадок,например, в вакуумных колоннах установок АВТ позволит увеличить отбор2 Ь вакуумного газойля примерно на 53 илимасляных дистиллятов на 2-44 применьших энергозатратах за счет снижения гидравлического сопротивлениянасадок по сравнению с известнымитарельчатыми вакуумными колоннами.Например на установке АВТ мощностью1,5-2 млн, т нефти предлагаемыенасадки дают экономический эффектоколо 400 тыс,руб в год,е дМ 5 т илиал ППП "Патент", г, Ужгород, ул. Проектн аказ 7407/5 ТиВНИИПИ Госудапо делам иэо 113035, Москв тель А,СондорМ, Надь Корректор Л. Бокша аж 688ственного кретений и оЖ, Рау Подписмитета ССкрытийская наб,