Массообменная колонна Советский патент 1992 года по МПК B01D3/22 B01D3/32 

лонне в зависимости от диаметра колонны и особенно в колоннах больших диаметров. Наиболее близкой к заявляемой по технической сущности и достигаемому эффекту является массообменная колонна, включающая вертикальный цилиндрический корпус, поддерживающую распределительную решетку, слой насадки на решетке, перераспределитель жидкости для насадочных колонн, выполненный в виде направляющего усеченного конуса в периферийной части колонны, установленный меньшим основанием вниз, с арочными прорезями, выруб- лёнными на поверхности конуса выпуклостью вверх, равномерно расположенными по концентрическим окружностям, с тангенциально направленными осями по отношению к оси конуса, у меньшего основания конуса по его периметру выполнены отогнутые вверх под острым углом лепестки навстречу выходным отверстиям арочных прорезей.

Недостатком известной массообмен- ной колонны является неравномерное распределение жидкости по поперечному сечению колонны на различной высоте слоя насадки на поддерживающей решетке, что приводит к снижению эффективности мзс- сообмена между газом (паром) и жидкостью.

Цель изобретения - повышение эффективности массообмена между газом (паром) и жидкостью за счет организованного направленного движения жидкости в слое насадки на поддерживающей распределительной решетке от цэнтра к периферии по сечению колонны и на направляющем конусе от периферии к центру и дополнительного контакта на поверхности конуса между газом (паром) и жидкостью.

Цель достигается тем, что, в массооб- менной колонне, содержащей вертикальный цилиндрический корпус, поддерживающую распределительную решетку, слой насадки на решетке, направляющий конус в периферийной части колонны, установленный меньшим основанием вниз, с арочными прорезями вырубленными на поверхности конуса выпуклостью вверх, равномерно расположенными по концентрическим окружностям по отношению к оси конуса, сечение меньшего основания направляющего конуса равно не меньше 0,1 поперечного сечения колонны, перфорации поддерживающей распределительной решётки выполнены в виде арочных прорезей С направлением осей арочных прорезей от тангенциального для самых малых диаметров колонн, промежуточным между тангенциальным и радиальным до радиального от

центра к периферии, соответственно, с увеличением диаметров колонн, оси арочных прорезей на поверхности конуса направлены под острым углом к образующим конуса

от периферии к центру, сечение арочных прорезей конусов больше сечений арочных прорезей распределительных решеток.

Сечение меньшего основания направляющего конуса, равное не меньше 0,1 по0 перечного сечения колонны, предназначено для слива жидкости, проходящей через все поперечное сечение колонны, а, как известно, сечение сливных устройств колонных ап- паратов для систем газ(пар)-жидкость

5 равно величине, составляющей не меньше 10% от полного сечение колонны согласно опытным данным с учетом средней скорости жидкости в сливных устройствах около 0,1 м/с, что соответствует в среднем удельной

0 нагрузке жидкости на полное сечение колонны, равной 36 м3/м2 ч.

На фиг.1 схематически представлен продольный разрез массообменной колонны; на фиг.2 - поперечный разрез в плоско5 сти А-А фиг.1; на фиг.З - то же в плоскости Б-Б фиг.1; на фиг.4 -то же в плоскости В-В на фиг.1; на фиг.5 -тоже в плоскости Г-Г на фиг.1; на фиг.6 - разрез по Д-Д фиг 2; на фиг.7 - разрез по Е-Е фиг.2.

0 Массообменная колонна (фиг.1-7) содержит вертикальный цилиндрический корпус 1, поддерживающие распределительные горизонтальные решетки 2 с тангенциально направленными арочными

5 прорезями 3 для малых размеров колонн, решетки 4 с арочными прорезями 5, оси которых направлены под острым углом к радиусу от центра к периферии решетки 4, для колонн средних диаметров, и решетки б

0 с радиально направленными арочными прорезями 7 для колонн больших диаметров, на распределительных решетках 2,4 и 6 расположен слой насадки 8, под распределительными решетками 2,4 и б между стенками

5 корпуса 1 и решетками установлены направляющие конуса 9 с арочными прорезями 10 выпуклостями вверх, оси которых направлены под острым углом к образующим конусов от центра к периферии. Причем сечение

0 меньшего основания конуса 9 равно не меньше 10% поперечного сечения колонны для слива жидкости.

Свободное сечение арочных прорезей 3,5 и 7, соответственно, поддерживающих

5 распределительных решеток 2,4 и 6 меньше свободного сечения насадки 8, а свободное сечение арочных прорезей 10 направляющих конусов 9 меньше свободного сечения арочных прорезей 3,5 и 7, соответственно распределительных решеток 2,4 и 6.

Массообменная колонна работает следующим образом.

Газ (пар) поступает в корпус 1 колонны (фиг. 1-7) снизу и движется вверх, проходит через арочные прорези 3,5 и 7, соответственно, поддерживающих распределительных решеток 2,4 и 6, проходит через арочные прорези 10 направляющих конусов 9, контактируя при этом со стекающей сверху вниз жидкостью.

При прохождении через тангенциально направленные арочные прорези 3 распределительных решеток 2 колонн малых диаметров газ (пар) контактирует с жидкостью, стекающей сверху через слой насадки 8, и одновременно за счет тангенциальных составляющих скорости газа (пара), выходящего из арочных прорезей 3, перемещает жидкость от центра к периферии, в результате происходит перемещение жидкости от центра к периферии на решетке 2, где жидкость стекает на периферийную часть направляющего конуса 9, откуда стекает по внутренней поверхности, контактируя одновременно с газом (паром), проходящим снизу вверх через арочные прорези 10, направленными под острым углом вниз к образующим конуса 9, способствуя перемещению жидкости вниз к меньшему основанию, через которое жидкость стекает вниз на слой насадки 8 на нижележащей решетке 2, что обеспечивает увеличение пропускной способности конуса 9 по жидкости и т.д.

Как видно, на решетке 2 жидкость контактирует с газом (паром) и одновременно перемещается от центра к периферии решетки, где проваливает через те же арочные прорези 3 вниз на конус 9, а газ (пар) движется снизу вверх, в результате жидкость и газ (пар) взаимодействуют при перекрестном относительном движении на решетке 2 и в слое насадки 8, что как известно, обеспечивает максимальную движущую силу процесса и высокую эффективность массообмена. Аналогично при перекрестном движении газа (пара) и жидкости происходит на направляющем конусе 9, но уже при движении жидкости от периферии к центру колонны.

Аналогично в колоннах средних диаметров происходит взаимодействие газа (пара) и жидкости на решетках 4 с арочными прорезями 5, направленными под острым углом к радиусам от центра к периферии, где радиальная составляющая скорости газа (пара) от центра к периферии больше, чем при тангенциальном направлении арочных прорезей 4 решеток 2, в результате при прочих равных условиях жидкости сообщается

больше энергии на перемещение ее от центра к периферии, так как при большом диаметре колонны длийа радиального пути движения жидкости больше. 5Аналогично, в колоннах больших диаметров длина пути движения жидкости от центра периферии еще больше, поэтому арочные прорези 7 на решетках 6 направлены радиально, от центра к периферии и при 10 выходе из радиально направленных арочных прорезей 7 газ (пар) увлекает за счет кинетической энергии жидкость от центра к периферии.

Таким образом при общем противоточ- 15 ном движении газа (пара) и жидкости в колонне и при пере (фёсТн б м вз§им бдеЙствии фаз на решетках 2,4 и 6 и конусах 9 достигается максимальная движущая сила процесса массоообмена между газом (паром) и 0 жидкостью и максимальная эффективность массообмена.

Ввод газа (пара) через арочные прорези 3,5 и 7 в горизонтальном направлении на решетках, соотвеГбт ГеТШ), 2,4 и 6 способст- 5 вует накоплению жидкости в центральной части решеток и перемещению ее к периферии, где происходит слив жидкости через арочные прорези 3,5 и 7 вследствие ее накопления, в результат€рувёлич йваётся удер- 0 живающая способность насадки 8 по жидкости, при этом жидкость находится в состоянии турбулентного взаимодействия с газом (паром), что обеспечивает, как известно, к увеличению запаса жидкости в слое 5 насадки 8, увеличению времени пребывания жидкости в контакт с га з ом (паром) и, естественно, к повышению эффективности массообмена между газом (паром) и жидкости в массообменной колонне. 0 Из практики эксплуатации насадочных колонн известно, что наибольший эффект массообмена создают концевые эффекты при взаимодействии газа (пара) с жидкостью в верхней и нижней частях колонны. В 5 связи с этим в предлагаемой массообменной колонне дополнительные концевые эффекты создаются на каждой ступени распределительных решеток 2,4 и 6 и направляющих конусов. Кроме того, за счет 0 подбора соответствующего; минимального свободного сечения арочных прорезей 3,5 и 7 распределительных решеток, соответственно, 2,4 и б может достигаться стабильный режим эмульгирования, при котором, 5 как известно, достигается значительное повышение эффективности массообмена между газом (паром) и жидкостью, что также обеспечивает дополнительное повышение эффективности работы массообменной колонны.

Объем колонны между слоем насадки 8 и направляющим конусом 9 в условиях боты может выполнять роль операционного пространства, что позволяет работать при оптимальных высоких нагрузках по газу (пару), близких к режиму эмульгирования, чем обеспечивается увеличение нагрузок колонны по газу (пару) и жидкости и повышение эффективности массообмена, так как при максимальных нагрузках обеспечивается гидродинамические условия высокоэффективного конвективного тепло- и массообмена в фазах.

Технические преимущества заявляемого изобретения Массообменная колонна по сравнению с прототипом заключаются в повышении эффективности массообмена между газом (паром) и жидкостью вследствие увеличения движущей силы процессов за счет перекрестного потока жидкости от центра к периферии на распределительных решетках и от периферии к центру на направляющих конусах, вследствие увеличения количества жидкости, удерживаемой в слое насадки на решетках и увеличения времени пребывания жидкости в контакте с газом (паром),

Преимущества изобретения по сравнению с прототипом заключаются в повышении четкости разделения колонны и, следовательно, повышения чистоты и качества продуктов разделения, или в уменьшении необходимого флегмового числа для разделения смесей ректификацией, что выразится в уменьшении расхода тепла (греющего водяного пара из котельной).

Формула изобретения Массообменная колонна, включающая вертикальный цилиндрический корпус, поддерживающую распределительную решетку, слой насадки на решетке, направляющий усеченный конус в периферийной части колонны, установленный меньшим основанием вниз, с арочными прорезями, вырубленными на поверхности конуса выпуклостью вверх, равномерно расположенными по концентрическим окружностям по отношению к оси конуса, бтличающая- с я тем, что, с целью повышения эффективности массообмена между газом (паром) и

жидкостью за счет организованного направленного движения жидкости в слое насадки на распределительной решетке от центра к периферии по сечению колонны и на направляющем конусе от периферии к

центру и дополнительного контакта на поверхности конуса между газом (паром) и жидкостью, сечение меньшего основания конуса не меньше 0,1 поперечного сечения колонны, перфорация поддерживающей

распределительной решетки выполнена в виде арочных прорезей с направлением осей арочных прорезей тангенциального, промежуточным между тангенциальным и радиальным, до радиального от центра к

периферии соответственно с увеличением диаметра колонны, оси арочных прорезей на поверхности конуса направлены под острым углом к образующим конуса от периферии к центру, сечение арочных прорезей

конусов больше сечений арочных прорезей распределительных решеток,

Изобретение относится к конструкциям массообменных колонн насадочного типа для систем газ (пар)-жидкость, предназначенных для процессов аосорбции, ректификации, промывки газов, и может найти применение в химической, нефтехимической, газовой и других отраслях промышленности. Цель изобретения - повышение эффективности массообмена между газом (паром) и жидкостью за счет организованного направленного движения жидкости в слое насадки на поддерживающей распределительной решетке от центра к периферии по сечению колонны на направляющем конусе от периферии к центру и дополнительного контакта на поверхности конуса между газом (паром) и жидкостью. МассообИзобретение относится к конструкциям массообменных колонн насадочного типа для систем газ(пар)-жидкость, предназначенных для процессов абсорбции, ректификации, промывки газов и может найти применение в химической, нефтехимической, газовой и других отраслей промышленности. Известна массообменная колонна, включающая вертикальный цилиндричеменная колонна содержит вертикальный цилиндрический корпус, поддерживающую распределительную решетку, слой насадки на решетке, направляющий конус в периферийной части колонны, установленный меньшим основанием вниз, с арочными прорезями, вырубленными на поверхности конуса выпуклостью вверх, равномерно расположенными по концентрическим окружностям по отношению к оси конуса, сечение меньшего основания направляющего конуса равно не меньше 0,1 поперечного сечения колонны, перфорации поддерживающей распределительной решетки выполнены в виде арочных прорезей с направлением осей арочных прорезей от тангенциального для самых малых диаметров колонн, промежу- точным между тангенциальным и радиальным до радиального от центра к периферии, соответственно с увеличением диаметров колонн, оси арочных прорезей на поверхности конуса направлены под острым углом к образующим конуса от периферии к центру, сечение арочных прорезей конусов больше сечений арочных прорезей распределительных решеток, 7 ил ский корпус, поддерживающие распредели тельные решетки, слой насадки на каждой распределительной решетке, устройство для перераспределения жидкости под промежуточными решетками. Недостатком известной массообмен- ной колонны является недостаточно высокая эффективность массообмена из-за неравномерности распределения жидкости по поперечному сечению слоя насадки в ко(Л С ч ся СП со ся 00

Фиг.1

б

03иг. 5

д-д

Фиг. 6

Фие.7