Колонна для проведения массообменных процессов Советский патент 1984 года по МПК B01D3/32 B01D53/20 

2. Колонна по п. 1, отличающаяся тем, что щели расположены между рядами пакетов.

3,Колонна по п, . 1, отличающаяся тем, что щели расположены внутри каждого пакета.

4.Колонна по пп. 1-4, отличающаяся тем, что вертикаль1084035

ные оси пакетов по высоте совмещены .

5. Колонна по пп. 1-3, о т л йчающаяся тем, что вертикальные оси пакетов смещены,

6. Колонна по пп. 1-5, о т л ичающаяся тем, что периферийные пакеты выполнены по форме, повторяющей геометрию корпуса колонны.

.1. КОЛОННАДЛЯ ПРОВЕДЕНИЯ МАССООБМЕННЫХ ПРОЦЕССОВ, содержащая корпус, контактные устройства, выполненные в виде отдельных пакетов, установленных параллельными рядами, и расположенные по высоте мелздУ пакетами перегородки с отверстиями для прохода пара и стока жидкости, отличающаяся тем, что, с целью повышения производительности по газу и жидкости и увеличения эффективности массообмена за счет рационального использования рабочего объема колонны и секционирования потоков, каждая четная перегородка выполнена со щелями, распрложенными между пакетами.

Изобретение 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 колон-, на с насадкой, разделенной на секции горизонтальными перегородками с отверстиями для прохода газа и гидрозатворами для перетока жидкости и ограниченной проницаемыми стенками. Контакт газа и жидкости в объеме насадки происходит в перекрестно-прямоточном режиме С1 .

Недостатком этой колонны является низкая эффективность аппарата вслед-ствие 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 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 перекрестноточным движением фаз в контактных вертикальных проницаемых решетках, выполненных в форме двух цилиндров, которые установлены коа ссиально С2 .

Эти коаксиальные цилиндры установлены в аппарате одиночно или группой. Групповое расположение цилиндров в колонне не позволяет существенно 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-за 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 газопроницаемыми стенками, образующими проходы для газа. Газопроницаемые стенки выполнены в виде двух коаксиальных перфорированных

стаканов. На перегородках размещены отверстия для прохода газа таким образом, что газ последовательно проходит слои насадки только в радиальном направлении. В области располоQ жения насадки перегородки снабжены концентрическими рядами отверстий для перетока жидкости. Известная ко:лонна работает следующим образом. В контактную секцию газ 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, .проходя насадку в радильном направлении, контактирует с жидкостью. После контакта газ имеет свое направление на аксиальное и поступает в свободную зону, разделяющую две контактные секции. В -ЭТОМзоне происходит частич ный тепломасс-обмен между газом и жидкостью. Далее газ поступает снова в центральное отверстие вышерасположенной горизонтальной перегородки, на которой размещена следующая контактная секция, и процесс тепломассообмена между газом и жидкостью повторяется t }. Недостатком известной колонны, является низкая производительность аппарата по газу и жидкости, так как на каждой секции колонны сечение для прохода газа, образованное поверхностью газопроницаемой стенки, является небольшим. Регулирование же этих сечений производится изменег нием диаметра и высоты как каждой cieK ции, так и нецелом всей колонны. Учитывая возрастающие затраты на оборудование при изменении геометрических размеров колонны, невозможно значительно увеличить Производительность этого аппарата по газу и жидкости при сохранении допустимых нагрузок. Таким образом, недостатком прототипа является низкая производительность по газу и жидкости вследствие ограничения сечений для прохода пара и жидкости в зависимости от геометричес ких размеров колонны. Цель изобретения - повышение произ водительности по газу и жидкости и увеличение эффективности массообмена за счет-рационального использования рабочего объема колонны и секЦио- нирования потоков. Поставленная цель достигается / (Тем, что в насапочной колонне, содержащей корпус, контактные элементы, , выполненные в виде отдельньгх паке- тов объемной насадки, расположенной между двумя замкнутыми газопроницаемыми стенками, и горизонтальных пере городок с отверстиями для прохода газа и перетока жидкости, каждая четная перегородка выполнена со щелями, расположенными между пакетами. Целесообразно располагать щели между рядами пакетов и внутри каждого пакета, а пакеты устанавливать по высоте колонны так, что вертикальные оси пакетов совмещены или смещены. Периферийные пакеты целесообразно выполнять по форме, повторяющей геометрию корпуса колонны. На фиг. 1 изображен в аксонометрии фрагмент предлагаемой .насадочной колонны, контактные устройства в колонне расположены параллельными рядами в шахматном порядке (по высоте колонны эти устройства разделены по всему горизонтальными сече.нию перегородками)-, на фиг. 2 - то же, контактные устройства расположены параллельными рядами в коридорном порядке и разделены перегородками по всему горизонтальному сечению, в перегородках щели расположены внутри каждого пакета на фиг. 3 - то же, контактные устройства расположены в коридорном порядке и разделены перегородками как по всему горизонтальному сечению, так и перегородками, установленными под рядами контактных устройств, выполненными с щелями, расположенными между рядами-, яа фиг. 4 - то же, контактные устройства расположены параллельными рядами в коридорном порядке и разделены перегородка1 и по всему горизонтальному сечению и индивидуальными пегородками, вертикальные оси пакетов по высоте совмещены} на фиг. 5 - то же, периферийные контактные устройства выполнены по форме, повторяющей геометрию корпуса-, на фиг. 6 соединение двух контактных устройств и организация движения газа и жидкости; на фиг. 7 - два контактных устройств пирамидальной формы; на фиг, 8 - контактные устройства конической формы; на фиг. 9 - контактные устройства сегментно-призматической и секторно-призматической формы. Колонна содержит корпус 1, кон тактные устройства 2, перегородки 3 по всему горизонтальному сечению перегородки, которые могут быть выполнены в виде отдельных 4 и индивидуальных 5 перегородок. Контактные устройства 2 выполнены в виде объемной насадки 6, например, из сетчатой полосы, расположенной между двумя замкнутыми газопроницаемыми стенками 7 и 8. Эти газопроницаемые стенки контактного устройства могут быть выполнены из просечно-вытяжного листа и жесткой сетки. В зависимости от нагруженности по пару и жидкости, а также в зависимости от порядка расположения контактных устройств в аппарате замкнутые газопроницаемые стенки могут иметь различную форму, например многогранную призму, многогранную усеченную пирамиду, усече ный конус и т.п. С целью рационального использования объема колонны контактные устройства, установленные в аппарате, могут иметь как единую форму, так и различную форму и набор их может приближаться к геомет рии аппарата. Сплошные перегородки 3, отдельные перегородки 4 и индивидуальные перегородки 5 выполнены со щелями 9 для прохода газа, которые ограничены сливными планками tO, а также с отверстиями 11 .для перетока жидкости на насадку. Предлагаемая колонна работает следуияцим образом. Газ проходит через щели 9, выполп нённые в сплошных 3 перегородках или образованные отдельными 4 или индивидуальными 5 перегородками, и поступает в горизонтальное сечение колонны, где расположены контактные устройства. Далее газ через газопроницаемые стенки 7 входит в объем насадки 6, контактирует со стекающей жидкостью в перекрестном токе и выходит через газопроницаемые стенки 8. Жидкость поступает на насадку под действием гидростатического напора через отверстия t1 в горизонтальных перегородках. Предлагаемая конструкция колонны по сравнению с прототипом и известны ми насадочными колоннами, в которых контакт газа и жидкости происходит в перекрестном потоке, позволяет увеличить производительность аппарата по газу и жидкости при сохранении допустимЬгх нагрузок в контактных устройствах либо позволяет соответственно сократить высоту или диаметр колонны. Предлагаемая конструкция колонны с расположением пакетов параллельными рядами в шахматном порядке (фиг. обеспечивает увеличение производительности или уменьшение высоты колонны примерно в три раза по сравнению с прототипом. Этот сравнительный анализ проведен по одинаковой величине сечения для прохода пара на каждой секции без учета толщины насадки вписыванием в горизонтальное сечение колонны равного размера геометрических фигур (фиг. 1), причем высоты сечений в предлагаемой конструкции и в прототице были приняты равными. Кроме того,, предлагаемая конструкция колонны позволяет более рационально использовать рабочий объем колонны и обеспечить тем самым равномерное распределение газового и жидкостного потока по горизонтальному сечению аппарата. Различное выполнение щелей в четных и нечетных перегородках обеспе- чивает перекрестноточное движение пара по отношению к стекающей жидкости и регулирует степень секционирования парового потока по объему колонны. Регулирование степени секционирования жидкостного, потока обеспечивается расположением пакетов насадки по высоте колонны с различным смещением их вертикальных осей. Кроме того, совмещением или.смещением осей пакетов одновременно регулируется и степень секционирования паровых потоков. Следствием секционирования жидкостных и паровых потоков по объему колонны является повышение эффективности массообмена. В зависимости от паровых и жидкостных нагрузок и требования по чистоте получаемых продуктов, которые определяются конкретной технологией, требуется различная степень секционирования взаимодействующих фаз. Пример 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 каждого пакета равномерно стекает по четырем сторонам на соответствующие стороны нижерасположенных пакетов. При этом большая часть жидкости поступает на нижерасположенные пакеты с ограниченным смещением. Газовый поток, выходящий из щели, делится на четыре части. Каждая из них контактирует с жидкостью в перекрестном токе при прохождении одной стороны пакета и затем смешивается в вьш1ерасположенной щели с тремя равнозначными частями газа, прошедШими остальные стороны пакета. Таким образом, в данной конструкции осуществляется равнозначное секционирование потоков жидкости и пара. Пример 2. В насадочной колонне (фиг. 2) установлены на перегородках пакеты в коридорном порядке. В перегородках выполнены щели для прохода пара, которые расположе ны внутри каждого пакета. Поток жидкости в этом варианте перемешива ется в большей степени, чем в йримере,1. Паровой поток за счет коридорного расположения пакетов равнозначно секционируется со- смещением в пространстве между четной и нечет ной перегородками. Таким образом, в данной конструк ции обеспечивается равнозначное секционирование потоков с последующим их смещением. Смешение потоков способствует выравниванию концентра ций компонентов в потоках и тем .самым повышению эффективности массообмена. Пример 3. В насадочной колонне (фиг. 3) пакеты расположены

58 параллельными рядами, между которыми выполнены щели для прохода паров. Б результате такого расположения щелей смешение потоков жидкости и пара неравнозначное на четных и нечетных перегородках. Неравнозначно и секционирование жидкости и пара по ступеням. Пример 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 известными аналогами увеличение производительности по газу и жидкости и повышение эффективности массообмена.

Л X

п

Фиг.