Колонна для проведения массообменных процессов

СООЗ СОВЕТСНИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИН САНИЕ ИЗОБРЕТ л, 111 И.А.Мнушкин,амшин янои и 088,8) свидет Р 3/2 12541 титу льство ССС 1974. 4, 12 а, 5, 12 а,ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ ТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬС(54)(57) 1,4 КОЛОННА ДЛЯ ПРОВЕДЕНИЯ МАССООБМЕННЫХ ПРОЦЕССОВ; содержащая корпус, контактные устройства, выполненные в виде отдельных пакетов, установленных параллельными рядами, и расположенные по высоте между пакетами перегородки с отверстиями для прохода пара и стока жидкости, о т л и ч а ю щ а я с я тем, что, с целью повышения производительности по газу и жидкости и увеличения эфФективности массообмена за счет рационального использования рабочег объема колонны и еекционирования потоков, каждая четная перегородка полнена со щелями, распрложеннымижду пакетами.1084035 ные оси 2. Колонна по п. 1, о т л ив ч а ю щ а я с я тем, что щели расположены между рядами пакетов. 3. Колонна по п.,1, о т л и ч аю щ а я с я тем, что щели расположены внутри каждого пакета.4. Колонна по пп. 1-4, о т л ич а ю щ а я с я тем, что вертикаль 1Изобретение относится к аппаратам для проведения массообменных процессов в системе газ - жидкость.и, в частности, может быть использовано для ректификации, абсорбции в нефтеперерабатывающей, нефтехимической и других отраслях народного хозяйства,Известна тепломасообменная колонна с насадкой, разделенной на секции горизонтальными перегородками с 10 отверстиями для прохода газа и гидро- затворами для перетока жидкости и ограниченной проницаемыми стенками, Контакт газа и жидкости в объеме насадки происходит в перекрестно-пря моточном режиме 1.11.Недостатком этой колонны является низкая эффективность аппарата вследствие того, что, во-первых, в каждой секции имеется свободная зона для проскока пара без контакта с жидкостью, образованная горизонтальной перегородкой и слоем насадки, вовторых, применение гидрозатворов для орошения насадки обеспечивает 25 неравномерное орошение насадки. Кроме того, конструкция этой колонны не обеспечивает высокую производительность по пару при сохранении допустимых нагрузок, так как сечение для прохода пара в насадке является небольшим.Известна также колонна с перекрест. ноточным движением фаз в контактных вертикальных проницаемых решетках,35 выполненных в форме двух цилиндров, которые установлены коаксиально Г 2 3.Эти коаксиальные цилиндры установлены в аппарате одиночно или группой, Групповое расположение цилиндров в колонне не позволяет существенпакетов по высоте совмещены.5, Колонна по пп. 1-3, о т л ич а ю щ а я с я тем, что вертикальные оси пакетов смещены,6. Колонна по пп. 1-5, о т л ич а ю щ а я с я тем, что периферийные пакеты выполнены по форме, повторяющей геометрию корпуса колонны. 2но увеличить производительность аппарата по сравнению с одиночным расположением цилиндров, так как объем колонны при этом используется нерационально. Кроме того, выполнение контактных устройств в виде вертикальных проницаемых решеток обеспечивает весьма низкую пропускную способность по газу и жидкости и низкую эффективность массообмена из-эа крайне малой поверхности контакта фаз, плохого распределения жидкости и высоких скоростей газа в отверстиях решеток.Известна колонна для взаимодействия газа с жидкостью, состоящая из корпуса, внутри которого размещена насадка, разделенная на секции горизонтальными перегородками с отверстиями для прохода газа и ограниченная гаэопроницаемыми стенками, образующими проходы для газа. Газопроницаемые стенки выполнены в виде двух коаксиальных перфорированных стаканов. На перегородках размещены отверстия для прохода газа таким образом, что гаэ последовательно проходит слои насадки только в радиаль-. ном направлении, В области расположения насадки перегородки снабжены концентрическими рядами отверстий для перетока жидкости, Известная колонна работает следующим образом. В контактную секцию гаэ поступает через центральное отверстие, выполненное в горизонтальной перегородке, и направляется к внутренней поверхности стакана. Жидкость на насадку стекает через отверстия перегородки - распределительной плиты, перекрывающей внутреннюю полость стакана. Газ,3 3084035 4 ,проходя насадку в радильном направле-. Периферийные пакеты целесообраз-нии, контактирует с жидкостью. После но выполнять по форме, повторяющей контакта газ имеет свое направление геометрию корпуса колонны, на аксиальное и поступает в свобод- На фиг, 3 изображен в аксонометную зону, разделяющую две контактные рии фрагмент предлагаемой насадочной секции. В этом зоне происходит частич- колонны, контактные устройства в5ный тепломасс-обмен между газом и колонне расположены параллельными жидкостью. Далее газ поступает снова рядами в шахматном порядке (по высо- в центральное отверстие вышерасполо- те колонны эти устройства разделены женной горизонтальной перегородки, 1 по всему горизонтальными сечению10на которой размещена следующая кон- перегородками); на фиг. 2 - то же, тактная секция, и процесс тепломас-. контактные устройства расположены сообмена между газом и жидкостью параллельными рядами в коридорном повторяется 3 .порядке и разделены перегородкамиНедостатком известной колонны. . по всему горизонтальному сечению в5Ф является низкая производительность перегородках щели расположены внутри аппарата по газу и жидкости, так каждого пакета на фиг. 3 - то жеУ как на каждой секции колонны сечение контактные устройства расположены для прохода газа, образованное в коридорном порядке и разделены пере- поверхностью газопроницаемой стенки, городками как по всему горизонталь 20является небольшим. Регулирование ному сечению, так и перегородкамиУ же этих сечений производится измене.- установленными под рядами контактных нием диаметра и высоты как каждой сек- устройств, выполненными с щелями, ции, так и в целом всей колонны. расположенными между рядами; йа Учитывая возрастающие затраты на обо- фиг. 4 - то же, контактные устрой 25рудование при изменении геометричес- ства расположены параллельными рядаких размеров колонны, невозможно зна- ми в коридорном порядке и разделены чительно увеличить производительность перегородками по всему горизонталь- этого аппарата по газу и жидкости ному сечению и индивидуальными пепри сохранении допустимых нагрузок, городками, вертикальные оси пакетов Таким образом, недостатком прототипа по высоте совмещены; на фиг, 5 - то30является низкая производительность же, периферийные контактные устрой- по газу и жидкости вследствие ограни- ства выполнены по форме, повторяю" чения сечений для прохода пара и щей геометрию корпуса; на фнг, б жидкости в зависимости от геометричес- соединение двух контактных устройств ких размеров колонны. З 5 и организация движения газа и жидЦель изобретения - повышение произ- кости на фиг. 7 - два контактных водительности по газу и жидкости и устройств пирамидальной формы на увеличение эффективности массообмена фиг. 8 - контактные устройства кониэа счет рационального использова- ческой формы; на фиг, 9 - контактные ния рабочего объема колонны и секцио- устройства сегментно-призматической40нирования потоков. и секторно-призматической формы.Поставленная цель достигается Колонна содержит корпус 1, контем, что в насаночной колонне, содер-. ,тактные устройства. 2, перегородкижащей корпус, контактные элементы, , 3 по всему горизонтальному сечению выполненные в виде отдельных паке- . 45 перегородки, которые могут быть вытов объемнои насадки, расположенной полнены в виде отдельных 4 и индимежду двумя замкнутыми газопроницае- видуальных 5 перегородок. Контактные мыми стенками, и горизонтальных пере- устройства 2 выполнены в виде объем- городок с оТверстиями для прохода ной насадки 6, например, из сетчатой газа и перетока жидкости, каждая 50 полосы, расположенной между двумя четная перегородка выполнена со ще- . замкнутыми газопроницаемыми стенкалями, расположенными между пакетами. ми 7 и 8. Эти газопроницаемые стенкиЦелесообразно располагать щели . контактного устройства могут быть между рядами пакетов и внутри каждо-. выполнены из просечно-вытяжного лисго пакета, а пакеты устанавливать 55 та и жесткой сетки. В зависимости от по высоте колонны так, что вертикаль- нагруженности по пару и жидкости, ные оси пакетов совмещены или сме- а также в зависимости от порядкарасположения контактных устройств5 1084в аппарате замкнутые гаэопроницаемыестенки могут иметь различную форму,например многогранную призму, многогранную усеченную пирамиду, усеченный конус и т.ц. С целью рациональ 5ного использования объема колонныконтактные устройства, установленные в аппарате, могут иметь как единую форму, так и различную форму инабор их может приближаться к геомет рии аппарата.Сплошные перегородки 3, отдельныеперегородки 4 и индивидуальные перегородки 5 выполнены со щелями 9для прохода газа, которые ограничены 15сливными планками 10, а также с отверстиями 11 .для перетока жидкостина насадку,Предлагаемая колонна работаетследующим образом. 20Газ проходит через щели 9, выпол".фненные в сплошных 3 перегородкахили образованные отдельными 4 илииндивидуальными 5 перегородками,и поступает в горизонтальное сечение р 5колонны, где расположены контактныеустройства. Далее газ через газопроницаемые стенки 7 входит в объемнасадки б, контактирует со стекающей жидкостью в перекрестном токе ивыходит через газопроницаемые стенки8. Жидкость поступает на насадку поддействием гидростатического напорачерез отверстия 11 в горизонтальныхперегородках,Предлагаемая конструкция колонныпо сравнению с прототипом и известными насадочными колоннами, в которыхконтакт газа и жидкости происходитв перекрестном потоке, позволяетувеличить производительность аппара 40та по газу и жидкости при сохранениидопустимых нагрузок в контактныхустройствах либо позволяет соответственно сократить высоту или диаметрколонны.Предлагаемая конструкция колонныс расположением пакетов параллельными рядами в шахматном порядке фиг. 1)обеспечивает увеличение производительности или уменьшение высоты колонны примерно в три раза по сравнению с прототипом, Этот сравнительный анализ проведен по одинаковойвеличине сечения для прохода парана каждой секции без учета толщинынасадки вписыванием в горизонтальноесечение колонны равного размера геометрических фигур (фиг. 1), причем 035 6высоты сечений в предлагаемой конструкции и в прототипе были принятыравными. Кроме того, предлагаемаяконструкция колонны позволяет болеерационально использовать рабочийобъем колонны и обеспечить тем самымравномерное распределение газовогои жИдкостного потока по горизонтальному сечению аппарата.Различное выполнение щелей в четных и нечетных перегородках обеспечивает перекрестноточное движениепара по отношению к стекающей жидкости и регулирует степень секционирования парового потока по объемуколонны. Регулирование степени секционирования жидкостного, потокаобеспечивается расположением пакетовнасадки по высоте колонны с различнымсмещением их вертикальных осей.Кроме того, совмещением или .смещением осей пакетов одновременно регулируется и степень секционированияпаровых потоков. Следствием секционирования жидкостных и паровых потоковпо объему колонны является повышениеэффективности массообмена.В зависимости от паровых и жидкостных нагрузок и требования по чистотеполучаемых продуктов, которые определяются конкретной технологией, требуется различная степень секционирования взаимодействующих фаэ.П р и м е р 1. В насадочной колонне (фиг. 1) установлены на перегородках пакеты со смещением по вертикальным осям и соединены между собой по ребрам. Перегородки в колонне снабжены щелями между каждыми из четырех пакетов.Организация распределения потоков .следующая. Поток жидкости с каждогопакета равномерно стекает по четыремсторонам на соответствующие сторонынижерасположенных пакетов. При этомбольшая часть жидкости поступаетна нижерасположенные пакеты с ограниченным смещением.Газовый поток, выходящий из щели, делится на четыре части, Каждаяиз них контактирует с жидкостью вперекрестном токе при прохожденииодной стороны пакета и затем смешивается в вышерасположенной щели с тремя равнозначными частями газа, прошедшими остальные стороны пакета.Таким образом, в данной конструкции осуществляется равнозначное секционирование потоков жидкости и пара.П р и м е р 2. В насадочной колонне (фиг. 2) установлены на перегородках пакеты в коридорном порядке. В перегородках выполнены щелидля прохода пара, которые расположе-5ны внутри каждого пакета. Потокжидкости в этом варианте перемешивается в большей степени, чем в примере 1. Паровой поток эа счет коридорного расположения пакетов равнозначно секционируется со смещениемв пространстве между четной и нечетной перегородками,Таким образом, в данной конструкции обеспечивается равнозначное 15секционирование потоков с последующим их смещением. Смешение потоковспособствует выравниванию концентраций компонентов в потоках и тем,самым повышению эффективности массообмена,П р и м е р 3. В насадочной колонне (фиг. 3) пакеты расположены параллельными рядами, между которыми выполнены щели для прохода паров. В результате такого расположения щелей смешение потоков жидкости и пара неравнозначное на четных и нечетных перегородках. Неравнозначно и секционирование жидкости и пара по ступеням.П р и м е р 4. В насадочной колонне (фиг. 4) установлены совмещенные пакеты. Такая конструкция, как и вариант 3, обеспечивает неравнозначное смешение и секционирование жидкостных и паровых потоков по ступеням.Таким образом, использование предлагаемого изобретения обеспечивает по сравнению с прототипом и извест,ными аналогами увеличение производительности по газу и жидкости и повы" шение эффективности массообмена,1084035 ФЫ ектор А.Ильи Тираж 682НИИПИ Государственного комите по делам изобретений и откры 33035, Москва, 3-35, Раушская Патент",жгород, ул. Проект Редактор М.Дыпын Заказ 1855/6 Составитель С.БарановТехред С. Мигунова Подписноеа СССРийнаб., д. 4/