Тепломассообменная колонна Советский патент 1980 года по МПК B01D3/20 B01D3/32 

(54) ТЕПЛОМАССООБМЕННАЯ КОЛОННА

1

Изобретение относится к аппаратам для проведения массообменных пооцессов в системах газ - жидкость, в частности к абсорбционным и ректификационным колоннам, и может быть исполь-5 зовано в химической, нефтеперерабатывающей, газовой, пищевой промышленности.

Известен массообменный аппарат с насадкой различных типов, включающий О решетки и распределители, установленные в слое насадки 1.

Газ и жидкость в этих аппаратах движутся по схеме противотока. Вследствие этого скорости их движения 15 ограничены захлебыванием насадки. Между тем массообмен в насадочкнх колоннах наиболее интенсивен в режимах, близких к захлебыванию. Таким образом, противоток в аппаратах с на-20 садкой лимитирует и производительность, и эффективность массопередачи, которая сильно зависит от скоростей газа и жидкости.

Наиболее близкой по технической 25 сущности и достигаемому эффекту является массообменная колонна для взаимодействия газа с жидкостью, состоящая из корпуса, внутри которой размешена насадка, разделенная на 30

слои перегородками с отверстиями для прохода газа и огоаниченная газопроницаемыми стенкрми, образующими проходы для газа. Газопроницаемые стенки выполнены в виде коаксиальных перфорированных цилиндров. На перегородках раз.мещены отверстия для прохода газа таким образом, что газ последовательно проходит все слои насадки в радиальном.направлелии. В области расположения насадки перегородки снабжены концентрическими рядами отверстий ,цля перетока жидкости 2 .

Недостатками известной колонны являютсяограниченные эффективность массообмена и производительность по газу и жидкости вследствие того, что на каждой ступени контакта (в каждом слое насадки) газ проходит, взаимодействуя с жидкостью на сравнительно небольшом пути, равном толсянне кольцевого пространства между перфорированными цилиндрами.

При равномерном орошении дОля жидкости, протекающей ближе к наружному цилиндру, существенно больше жидкости, протекаюгаей около внутреннего цит чндра, так как плошадь элементарного кольца малой ширины.

которое можно выделить в кольцевсяи сечении насадочного слоя, растёт прямо пропорционально спеднему радиусу этого кольца. Скорость газа, пеоесекающего кольцевой слой в радиальном направлении, изменяется обратно пропорционально радиусу. Известно, что локальная эффективность массо передачи в высокой степени зависит от скорости газа. В данной колонне зоны, через которые проходит большая часть жидкости, соответствуютменьшей скфрости газа.

Перелив жидкости из слоя в слой осуществляется через отверстия в перегородках. При увеличении нагрузки по газу сопротивление нормального хода газа может оказаться сравнимым с сопротивлением отверстий, и. газ частично пойдет через них, в результате чего колонна захлебывается. С другой стороны. Необходимость иметь отверстия с сопротивлением, предотвращающим захлебывание, снижает пропускную способность колонны по жидкости.

Целью изобретения является повышение производительности по газу и жидкости и повышение эффективности массообмена за счет увеличения пути газа в пределах одной контактной ступени.

Для достижения поставленной цели она снабжена расположенными между перегородками глухими перегородками с переливными устройствами и гидрозатворами, газопроницаемые стенки соединены с глухими перегородками и одна из газопроницаемых стенок выполнена со сплошным участком, размешенным на противоположных сторонах соседних глухих перегородок. Целесообразно в колонне проходы для газа выполнять в виде сегмента, газопроницаемые стенки устанавливать наклонно и последние выполнять с направляющими элементами, рекомендуется над глухими перегородками размещать перегородки на расстоянии 0,01-0,1 диаметра колонны.

Преимуществами предлагаемого массообменного аппарата по сравнению с и вестными являются большая производительность по газу и жидкости и высокая эффективность массообмена благодаря тому, что выполнение контактной ступени колонны в виде слоя насадки, ограниченного глухими перегородками и переток жидкости из слоя в слой через переливные устройства с гидрозатворами, позволяет обеспечить высокие нагрузки по жидкости и большие скорости газа в слое насадки в прямоточно-перекрестноточиом режиме, .практически не опасаясь захлебывания Выполнение газопроницаемых стенок со сплошными участками на противоположных по дис1метру сторонах соседних глухих перегородок увеличивает путь газа в пределах одной контактной

ступени и тем самым повышает эффективность массообмена на ней. Выполнение проходов для газа в виде сегмента между стенками корпуса и газопроницаемыми стенками, ограничивающими слой насадки, и диаметральный характер хода всего газа от зазора к зазору приводит к уменьшению неравномерности поля скоростей газа в сечении колонны и тем самым способствуют уменьшению неравномерности локальной эффективности массообмена в слое насадки и снижению дополнительного гидравлического сопротивления, обусловленного неравномерностью поля скбростей газа. Размещение под глухими перегородками, разделяющими насадочные слои, перфорированных перегородок непосредственно под гидрозатворамй вы1иележащих переливных устройств, позволяет обеспечить боле равномерное распределение в насадочном слое жидкости, вытекающей из переливных устройств, и, кооме того, создает на перфорированной перегородке дополнительную зону контакта , Пропуск части газа через эту зону увеличивает производительность колонны по газу. Наклонная установка газопроницаемых стенок, ограничивающих слой насадки, позволяет увеличить полезный объем насадки в пределах данного слоя. Выполнение газопооницаемых стенок (через которые газ выходит из слоя насал н) с направляющими элементами, отклоняюших газовый поток, позволяет улучшить сепарацию капель жидкости из газового потока в проходе для газа и тем самым уменьшить унос жидкости, снижаюгоий эффективность массообмейа в колонне. Размещение над глухой перегородкой перегородки на расстоянии диаметр колонны облегчает стекание жидкости из насадочного слоя,ее дегазгщию и пступление в переливные устройства.Укзанные пределы расстояния между перегородкой и глухой перегородкой,во-певых, не должно быть меньше возможной негоризонтальности глухой перегородки, во-вторых, для эффективного отвода жидкости из насадочного слоя и свободного ее перетока по глухой перегородке к переливным устройствам вполне достаточно зазора высотой в 1-2 характерных размера применяемо насадки. Промышленный опыт показывает, что эти величины связаны с диаметром колонны и лежат в указанных пределах.

На фиг. 1 показана прегшагаемая массообменная колонна; на фиг. 2 разрез А-А фиг. 1.

Массообменная колонна имеет корпус 1, внутри которого расположены насадочные слои 2, разделенные глухими пере город к г1ми 3, снабженными переливными устройствами 4, например, трубчатого типа и гидрозатворами 5, Под гидазозатворами 5 расположена перфорированная перегородка 6, ограничивающая насадочный слой 2 сверху и служащая для улучшения распределения жидкости в насадочном слое 2 и создания дополнительной 3OH контакта фаз. Над перегородкой 3 расположена перегородка 7, ограничиваюшая насадочный слой 2 снизу и служащая для облегчения поступления жидкости в переливные устпойства 4. Со стороны входа газа насадочный слой 2 ограничен газопроницаемой стенкой 8, пропускающей газ только в области расположения и выполненной, например, в виде решетки со сплошным участком в зоне глухой перегородки. Со стороны выхода газа слой 2 ограничен газопроницаемой стенкой 9, выполненной в виде газонаправляюшей решетки, например, жалюзийного типа, отклоняющей газовый поток в целях сепарации из него капель жидкости. Газопроницаемые стенки 8 и 9, установленные наклонно для увеличения полезного объема насадки в слое 2, образуют со стенками корпуса 1 проходы 10 для газа, имеющие вид сегмента переменного сечения.

Массообменная колонна работает следующим образом.

Газ через стенку 8 поступает в насадочный слой 2, где, двигаясь с большой скоростью в прямоточно-перекрестноточном режиме, взаимодействует с жидкостью, стекающей по насадке, частично увлекая жидкость в направлении своего движения. Газ выходит из насадочного слоя через перфорированную перегородку б в зазор между перегородкой 6 и перегородкой.3, так как гидравлическое споротивление этого зазора меньше, чем сопротивление нассщочного слоя.. При этом на перегородке 6 образуется дополнительная зона контакта фаз и в режиме, напоминающем работу провальной тарелки, происходит взаимодействие упомянутой части газа с жидкостью, перетекающей из выгаележащего слоя насадки 2 в данный слой по переливным устройствам 4 и распределяющейся по насадке с помощью перегородки 6. Из насадочного слоя 2 и зазора между перегородкой 6 и перегородкой 3 газ выходит в проход 10 через газопроницаемую стенку 9. Высокие скорости газа в колонне делают неизбежным капельный уносопределенного количества жидкости. Газопроницаемая стенка 9 отклоняет газокапельный поток таким образом, что делает неизбежным соударение потока со стенкой корпуса 1 и последующий резкий поворот потока газа, во время которы происходит сепарация капель жидкости осаждающихся на стенке 1 и стекающих по ней в виде пленки в нижнюю часть сегмента.10, а оттуда в зазор ькжду

Перегородкой 7 и глухой перегородкой 3, Жидкость из насадочного слоя 2 через перегородку 7 попадает в тот же зазор, где, не встречая сопротивления насадки, равномерно распределяется по площади перегородки 3, освобождаясь при этсм от пузырьков газа, и через переливные устройства 4 поступает в нижележащий насадочный слой 2.

Использование перекрестного тока

0 газа в насадочном слое в сочетании, с передачей жидкости из слоя в слой через переливы с гидрозатворами позволяет существенно увеличить скорость газа в насадочном слое и про-,

5 и3водительноеть по жидкости. Повышение скорости газа на контактной ступени при одновременном существенном увеличении длины пути газа в прв делах данной ступени при одинаковых

0 диаметрах колонны и высоте насадочного слоя даст весьма заметное- повышение эффективности массообмена. Создание дополнительной зоны контакта фаз и размещение дополнитель5ных об-ьемов насадки позволит более рационально использовать объем массообменной колонны

Испытания гидродинамической модели подтвердили высокую работоспособность колонны.

0

Использование данного изобретения для создания абсорберов очистки технологического газа от углекислоты в производстве аммиака позволит увеличить производительность одного ап5парата до 400000 нм5/ч по гаэу и 2400-2500 по жидкости при диаметре аппарата 4,2-4,5 м, что позволит сэкономить от 300 до 500 тыс.руб, на каждом аппарате.

0

Формула изобретения

1. Тепломассообменная колонна для взаимодействия гааа с жидкостью, содержащая корпус, внутри которого размещена насадка, разделенная на слои перегородками с отверстиями для прохода газа и ограниченная газопроницаемыми стенкс1ми, образующими со стенками корпуса проходы для газа, отличающаяся тем, что, с целью повышения производительности по газу и жидкости и повышения эффективности массообмена путем увеличения пути газа в пределах одной контактной ступени, она снабжена расположенными между перегородками глухими перегородками с переливными устройствами и гидрозатворами, газопроницаемые стенки соединены с глухими перегородками и одна из газопроницаемых стенок выполнена со сплошным участком, размешенным на противоположных сторонах соседних глухих перегородок.