Колонна для тепломассообменных процессов

 

1. КОЛОННА ДЛЯ ТЕШЮМЛССООБМЕННЫХ ПРОЦЕССОВ между газом и жидкостью, содержащая корпус круглого сечения, расположенные в корпусе по высоте пленочные тарелки в виде сплошного горизонтально размещенного листа с закрепленными на нем. вертикальными патрубками одинаковой длины, установленными параллельными рядами, причем нижние торцы патрубков имеют косой срез и нижние торцы патрубков вышележащей тарелки расположены ниже верхних торцов патрубков нижележащей тарелки, отличающаяся тем, что, с целью увеличения эффективности за счет повышения степени сепарации капель жидкости из потока газа в пространстве между смежными тарелками и снижения в межтарельчатом пространстве скорости газа и увеличения длины пути его движения в горизонтальном направлении, патрубки в дой тарелке выполнен разных диамет ров, при этом 3 каждом отдельном (Л ряду патрубки имеют одинаковый диаметр , а в последующих рядах на смежных тарелках - разные диаметры, причем на первой по ходу газа тарелке в периферийных рядах размещены 2 патрубки большего .

СОЮЗ COBETCHNX

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

3(59 В 01 D 3 28

ГОСУДАРСТНЕННЫЙ КОМИТЕТ GCGP

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЬ{ТИЙ

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕЛ НИЯ

Н АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 3507198/28-26 (22) 29.10.82 (46) 23.01.84. Бюл. Р 3 (72) В.И. Чернышев, М,Е. Сквирский, В.A. Герцовскйй, Н.Д. Заичко, В.П. Козлов, Е.Г. Иванов, Б.C. Егоров и В.М. Куксо (53) 66.015.23.05(088.8) (56) 1. Патент ФРГ Р 1277822, .кл. 12а,5, 1962.

2. Патент Великобритании

9 879270, кл.R55/2,0/, 1961.

3. Instn. Chem. Engrs. 1957, 35, Р 1, р. 69-75.

4. Авторское свидетельство СССР

М 891106, кл. В 01 В 3/32 1981. (54 )(57) 1. КОЛОННА ДлЯ ТЕПЛОМАССОOGNEHHbIX ПРОЦЕССОВ между газом и жидкостью, содержащая корпус круглого сечения, расположенные в корпусе по высоте пленочные тарелки в виде сплошного горизонтально размещенного листа с закрепленными на нем

„„ЯЯ„„6 135 А вертикальными патрубками одинаковой длины, установленными параллельными рядами, причем нижние торцы патрубков имеют косой срез и нижние торцы патрубков вышележащей тарелки расположены ниже верхних торцов патрубков нижележащей тарелки, о т л и ч а ю щ а я с я тем, что, с целью увеличения эффективности за счет повышения степени сепарации капель жидкости из потока газа в пространстве между смежными тарелками и снижения в межтарельчатом пространстве скорости газа и увеличения длины пути его движения в горизонтальном направлении, патрубки в каждой тарелке выполнены разных диамет-g ров, при этом в каждом отдельном ряду патрубки имеют одинаковый диаметр, а в последующих рядах на смежных тарелках - разные диаметры, С причем на первой по.ходу rasa тарелке в периферийных рядах раэмещеныЯ патрубки большего диаметра.

1068135

2. Колонна по п.1, о т л и ч а ю ш а я с я тем, что она снабжена ре1

Изобретение относится к колоннам для проведения тепломассообменных процессов между газом и жидкостью, применяемых, в частности, в процессах неизотермической абсорбции, ректификации, а также испарении и конденсации для обеспечения высокой эффективности процессов тепломассообмена при высокой пропускной способности.

Известна колонна для проведения тепломассообменных процессов между газом и жидкостью, содержащая корпус и расположенные в корпусе по высоте пленочные тарелки, каждая из которых выполнена в виде сплошного горизонтально расположенного листа с закрепленными на нем вертикальными патрубками, нижние торцы которых расположены ниже нижней поверхности листа, а верхние торцы совпадают с верхней поверхностью листа (1 ) .

Известна колонна для проведения тепломассообменных процессов между газом и жидкостью, содержащая корпус и расположенныс в корпусе по вы" соте пленочные тарелки, выполненные с патрубками, при этом верхние торцы патрубков выступают над верхней поверхностью листа (2 1.

Основной недостаток данных колонн заключается в повышенном уносе капель жидкости потоком газа с тарелки на тарелку, преимущественно обус ловленный наличием. разрывов пленки жидкости на капли в пространстве между смежными тарелками, которые возникают при переходе жидкостй из патрубков вышележащей тарелки на поверхность нижележащей.

Известна также колонна для контактирования газа с жидкостью, содержащая сдвоенные перфорированные тарелки и размещенные между ними решетки f33.

Однако такой аппарат не обеспечивает проведение процесса в пленочном режиме.

Наиболее близкой по технической сущности к изобретению, является колонна, содержащая корпус круглого сечения, расположенные в корпусе по высоте пленочные тарелки в виде сплошного горизонтально размещенного листа с закрепленными на нем вертикальными патрубками одинаковой шетками, размещенными между парами смежных тарелок.

2 длины, установленными параллельными рядами, причем нижние торцы патрубков имеют косой срез, а нижние торцы патрубков вышележащей тарелки расположены ниже верхних торцов патрубков нижележащей тарелки. Жидкость движется сверху вниз, а газ — снизу вверх. Поток газа, содержащий капли жидкости, разделяется в патрубках каждой тарелки на вертикальные струи, скорость движения которых выше скорости газа в межтарельчатом пространстве. При выходе из патрубков струи газа ударяются о лист вышележащей тарелки ь межпатрубочных пространствах, после чего эти струи изменяют .в пространстве между смежными тарелками скорость и направление движения (скорость резко уменьшается, а направление движения изменяется на

20 горизонтальное), Капли жидкости под действием инерционных сил отделяются от струй газа и вследствие капиллярного эффекта "приливают" к нижней поверхности листа вышележащей тарелки.

25 Аналогично поток газа, содержащий капли жидкости, движется далее вверх ,:по колонне. Вследствие того, что ! нижние торцы патрубков имеют косой срез и развернуты на соседних тарелЗо ках один относительно другого на 180 >, Ъ известной колонне обеспечивается продольное секционирование потока газа, содержащего капли жидкости, т.е. колонна по принципу движения газа оказывается как бы разбитой на множество единичных элементов.

В каждом таком единичном элементе струя газа проходит в пространстве между смежными тарелками в горизонтальном направлении минимальное расстояние — только к соседнему ряду патрубков на вышележащей тарелке, причем в .соседних межтарельчатых пространствах направления движения струй газа в горизонтальном направле

45 нии противоположны 4 .

Недостатком извЕстной конструкции является невысокая степень сепарации (отделения ) капель жидкости иэ потока газа в пространстве

gg между смежными тарелками, которая приводит к повышенному уносу капельной жидкости с нижележащей на вышележащую смежную тарелку и, следовательно„ к снижению эффективности тепломассообменных процессов, что Обусловлено недостаточным сни1068135 жением скорости движения струй газа „ содержащих капли жидкости, в прост- ранстве колонны между смежными тарелками по сравнению со скоростью движения этих струй в патрубках нижележащей тарелки, а также малой длиной пути движения струй газа в горизонтальном направлении в пространстве между смежными тарелками.

Эти особенности движения газа в известной колонне снижают эффективность сепарации капель в пространстse между смежными тарелками за счет недостаточного обеспечения в нем эффекта инерционного отделения капель. Кроме того, это также вызы- 15вается недостаточной эффективностью сепарации капель в первом по ходу газа пространстве между смежными тарелками за счет невысокой скорости струй газа в периферийных 20 патрубках первой по ходу газа тарелки по сравнению со скоростью струй газа в центральных патрубках этой тарелки.,Разница скоростей движения струй газа в патрубках первой ° 25 тарелки обусловлена соответствующим профилем скорости потока газа в Колонне перед его входом в патрубки тарелки: у стенок корпуса колонны (на периферии) скорость ниже из-за трения потока о стенки, чем в центре колонны. Вследствие этого струи газа с каплями жидкости, выходящие из периферийных патрубков первой тарелки, ударяются о соответствующие межпатрубочные пространства вышележа- Зб щей (второй ) тарелки с меньшей силой, что обуславливает снижение эффективности сепарации капель в первом по ходу газа пространстве между смежны-. ми тарелками. Правильное конструк- 40 тивное выполнение первой по ходу аза пары смежных тарелок является очень важным, поскольку при использоании колонны в качестве каплеотбойного устройства в первом по ходу газа45 пространстве между. смежными тарелками происходит на практике отделение,. как правило, около 50% всей капельной жидкости, уносимой потоком газа из нижерасположенной тепломассообгленной колонны.

Цель изобретения - увеличение эффективности за счет повышения степени сепарации капель жидкости из потока газа в прожранстве между смеж-, ными тарелками и снижения в межтарельчатом пространстве скорости газа и увеличение длины пути его движения в горизонтальном направлении.

Поставленная цель достигается тем, что в.колонне для тепломассооб- 60 менных процессов, содержащей корпус круглого сечения, расположенные в корпусе по высоте пленочные тарелки в виде сплошного горизонтально размещенного листа с закрепленными на нем вертикальными патрубками одинаковой дличы, установленными параллельными рядами, причем нижние торцы патрубков имеют косоЙ срез и нижние торцы патрубков вышележащей тарел— ки расположены ниже верхних .торцов патрубков нижележащей тарелки, патрубки в каждой тарелке выполнены разных диаметров, при этом в каждом отдельном ряду патрубки имеют одинаковый диаметр, а в последующих рядах на смежных тарелках — разные диаметры, причем на первой по ходу газа тарелке в периферийных рядах размещены патрубки большего диаметра.

Кроме того, между соседними парами смежных тарелок установлены распределительные решетки для газа.

На фиг. 1 изображена колонна, продольный разрез; на фиг. 2 — разрез A-A на фиг.1.

Колонна содержит корпус 1 круглого сечения, в котором закреплены по высоте пленочные тарелки 2 и 3.

Каждая пленочная тарелка выполнена из сплошного горизонтально размещенного листа 4 с закрепленными на нем вертикальными патрубками 5 и 6 одинаковой длины большого и малого диаметров соответственно, установленными параллельными рядами 7 и 8.

На каждой тарелке нижние торцы 9 патрубков имеют косой срез. В каждом отдельном ряду 7 или 8 ha тарелке 2 или 3 патрубки 5 и 6 имеют одинаковый диаметр, а в соответствующих рядах 7 и 8 на смежных тарелках 2 и 3 эти патрубки имеют разные диаметры. Нижние торцы 9 патрубков вышележащих тарелок 3 расположены ниже верхних торцов 10 патрубков соответствующих нижележащих смежных тарелок 2, На первой по ходу газа тарелке 2 в каждой паре смежных тарелок 2 и 3 в периферийных рядах, например, 7 и 8 размещены патрубки 5 большого диаметра.Между соседними парами смежных тарелок

2 и 3 по высоте корпуса установлены распределительные решетки 11 для raаа, выполненные из перфорированных пластин с площадью свободного сечения более 35Ъ от поперечного сечения корпуса 1 колонны.

Колонна работает следующим образом.

Жидкость из распределителя орошения (не показан) подается на горизонтальный лист 4 вышележащей тарелки 3 и движется по нему в виде пленки, которая через верхние горизонтальные торцы патрубкоз этой тарелки равномерно распределяется по внутренним поверхностям патрубков и под действием силы тяжести стекает сверху вниз в виде пленки, попадая на сплошной горизонтальный

1068135 лист 4 нижележащей смежной тарелки

2. По нижележащей тарелке 2 жидКость движется описанным сйособом.

Вследствие того, что нижние торцы

9 патрубкoB вышележащей тарелки 3 имеют косой срез и расположены 5 ниже верхних торцов 10 патрубков нижележащей тарелки 2, торцы 9 опущены v горизонтальную пленку жидкости на нижележащей смежной тарелке 2, и пленка жидкости движется в пространстве между сменными тарелками 2 и 3 без разрыва на капли, т,е. такой способ дни>:;ения жидкости н пространстве между смежныМИ TBPGJiKaMHр ГДЕ Н ОСНОВHOM ПРО исходит отделение капель жидкости из потока газа, уменьшает капельный унос жидкости с нижележащей тарелки 3 на вышележащую смежную тарелку 2. Из патрубков — àðåëêè 2 благодаря косому срезу из нижн"х торцов жидкость стекает в виде отдельных струй с нижних кончиков косых срезов. CTpóè жидкости проходят сквозь Отзерстия распределительной решетки 11 для газа и попадают на сплошной -оризонталь:- ый лист 4 вышележащей смежной тарелки 2 соседней пары смежных тарелок 3 и 2, и жидкость движется далее вниз "Io колонНе описанным спОсОбом. ПОТОК Газар содержащий капли жидкости, поступает к первой по ходу газа тарелке

2 из нижней части колонны (не показан1 и разделяется и патрубках

5 и 6 тарелки 2 на вертикальные 35 струи, скорость дннження которых выше скорости потока газа в нижней части колонны из-эа того, что площадь свободно..о сечения тарелки 2 меньше площади поперечного сечения 4ц корпуса 1 колонны. Вследствие того, что тарелка 2 снабже....:а патрубками

5 и 6 Одинаковой длины, но разного диаметра, причем н периферийных ря,,cIx. 3ToiI TQPesIKH Раз ieirIEHLI TIBTP J6KH

5 большего диаметра, коэффициент

ГазодинлмическОГО сопрОтинГ. HHH пат рубкон 5 в периферийных рядах ниже, -ем у патрубков 6 в цснтральных рядах. И -за разности этих ксэффицинтон и одинакового перегада давления в патрубках 5 и б тарелки 2

I,,-.(поскольку патрубки 5 и 6 на тарелке ,2 Относительно потока газа "подключены параллельно" ) распределение погока газа происходит по парубкам тарелки 2 таким образом, что скорость движения и, следовательно, расход газа выше н патрубках 5 большего диаметра периферийных рядов, по сравнению со скоростью и 60 расходом газа н патрубках б малого диаметра центральных рядов. При выходе из патрубков 5 и б тарелки 2 струи газа, содержащие капли жидкости, удаляются о лист 4 вышележащей65 смежной тарелки 3 в межпатрубочиых пространствах, после чего эти струи изменяют н пространстве между смежными тарелками 2 и 3 скорость и направление движения(скорость резко уменьшается, направление движения изменяется на горизонтальное . Капли жидкости под действием инерционных сил отделяются от струи газа и вследствие капиллярного эффекта

"прилипают" к нижней поверхности листа 4 вышележащей смежной тарелки

3. На нижней поверхности листа 4 тарелки 3 образуется пленка жидкости, которая по наружной поверхности патрубков этой тарелки стекает на лист нижележащей тарелки 2 без разрыва потока на капли. В пространстве между смежными тарелками происходит сепарация основного количества капель жидкости. Поскольку н соответствующих рядах, например 7 и 8 на смежных тарелках 2 и 3 патрубки В и б имеют разные диаметры, то на тарелке

3 н периферийных рядах размещаются патрубки малого диаметра б, а н центральных рядах — патрубки 5 большего диаметра. Соответственно, на тарелке 3 патрубки 5 центральных рядов имеют меньший коэффициент газодинамического сопротинления, чем патрубки б периферийных рядов.

Гаэ распределяется по патрубкам обратно пропорционально величине корня квадратного из коэффициента их газодинамическогО сопротивления, поэтому на тарелке 3 скорость и расход газа выше теперь уже в патрубках центральных рядов данной тарелки, вследствие того, что из-эа меньшего коэффициента газодинамического сопротивления патрубков 5 центральных рядов на тарелке 3 газ подсасывается н пространстве между смежньми тарелками .2 и 3 от его периферии к центру.. При этом длина пути движения газа в горизонтальном направлении больше, чем в известном устройстве, н котором гаэ смещается в данном направлении лишь на один ряд патрубков. Одновременно при движении газа в пространстве между тарелками 2 и 3 от периферии к центру более резко снижается скорость газа, поскольку при движении от периферии к центру н корпусе 1 круглого сечения растет площадь продольного сечения пространства межцу смежными тарелками 2 и 3 из-за соответствующего увеличения длины хорды.

Таким образом в пространстве между смежными тарелками предлагаемой колонны по сравнению с известной унеличивается длина пути движения газа н горизонтальном направлении и более резко снижается скорость

его движения в этом направлении по сравнению со скоростью в патрубках

1068135 нижележащей смежной тарелки. Это повышает степень сепарации капель жидкости из потока газа за счет увеличения эффекта инерционного отделения капель. Дройдя патрубки тарелки 3 и распределительную решетку 11, поток газа перераспределяется по поперечному сечению корпуса 1 колонны, образуя "плоский" профиль скорости газа. Далее вверх по колонне поток газа движется описанным способом. Рас- iO пределительная решетка 11 перераспределяет поток газа, образует "плоский" профиль скорости газа. Из-за установки на первой по ходу газа в колонне тарелке 2 в периферийных рядах патрубков 5 большего диаметра в предлагаемой колонне одновременно повышается и степень сепарации ка-, пель в первом по ходу газа в колонне пространстве между смежными тарелками

2 и 3 за счет увеличения скорости движения струй газа в патрубках периферийных рядов первой по ходу газа тарелки 2. Благодаря наличию на первой тарелке 2 .в периферийных рядах патрубков.5 большего диаметра, имеющих меньший коэффициент гаэодинамического сопротивления, поток газа распределяется по патрубкам таким образом, что в патрубках периферийных рядов выше скорость и расход газа. Выходящие иэ патрубков периферийных рядов струи газа, содержащие капли жидкости, с большей силой ударяются о межпатрубочные пространства нижней поверхности листа 4 вышележащей (второй ) смежной тарелки 2, что повышает по сравнению с известной колонной степень сепарации капель из потока газа в первом по ходу газа пространстве между смежными 4О тарелками 2 и 3 .

Пример. Испытания известной и предлагаемой колонн проводят в сопоставимых условиях на модельнойустановке с колонной из стали 45

12Х18Н10Т и диаметром корпуса 0,5 м.

Обе кол онны используются в качестве каплеотделительных устройств,устанавливаемых над распределителем жидкости в верхней части колонны того же диаметра, снабженной шестью провальными тарелками площадью свободного сечения 15%, установленными на расстоянии 0,3 м друг от друга. Испы. тания проводят при атмосферном давлении на средах вода — воздух. Пробы газа на содержание воды отбираются до и после каплеотделительных устройств. Количество воды в пробе определяют методом ее "вымораживания". Воду на первую провальную тателку подают через распределитель жидкости с расходом в расчете на поперечное сечение колонны б-30 мам .ч).

М

Расход воздуха в патрубках поддерживают в диапазоне, соответствующем изменению F-фактора в патрубке в интервале 2,5-5 (F = 1Vp где W — скорость газа, м/с; р — плотность газа, кг/м ).

Обе колонны содержат по четыре тарелки, причем смежные тарелки установлены на расстоянии 148 мм друг от друга, и каждая тарелка колонн содержит 55 патрубков длиной 150 мм, расположенных в 15 рядов по вершинам правильных треугольников с шагом б4 мм. Лист тарелки имеет толщину

4 мм, верхние торцы патрубков выступают над листом тарелки на 4 мм. Нижние торцы патрубков имеют косой срез под углом 45 . Известная колонна снабжена патрубками 1 25х2 мм, а предлагаемая имеет патрубки 25х2 и 32х а1„5 мм, причем на первой по ходу таза тарелке большие патрубки

32х1,5 мм установлены в 10 периферийных рядах (по пять периферийных рядов с обеих противоположных сторон поперечного сечения колонны ). В предлагаемой колонне между двумя соседними парами смежных тарелок установлена распределительная решетка для газа в виде перфорированной пластины толщиной 4 ьм, площадью свободного сечен. я 40Ъ и диаметром отверстий перфорации 7 мм.

Расстояние между вышележащей тарелкой первой по ходу газа парой смежных тарелок и нижележащей тарелкой второй пары 370 мм. Расстояние между вышележащей тарелкой первой пары смежных тарелок и распределительной решеткой 180 мм.

В результате испытаний установлено, что в сопоставимых условиях (. сепарация капель в известной колонне составляет 90-91%, а в предлагаемой колонне — 94-95%. Таким образом в предложенной колонне степень сепарации капель жидкости из потока газа возрастает по сравнению с известной колонной на 3-5 абс.%.

1Oee135

Составитель С. Баранова

Редактор С. Саенко Техред B.Далекорей КОРРектоР A.Ïoâõ

Заказ 11355/5 Тираж б87 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4