Тепломассообменная колонна

 

1. ТЕПЛОМАССООБМЕННАЯ КОЛОННА , содержащая корпус, крьппки, верхний и нижний пакеты насадки, опорные решетки, наклонные пластинчатые перераспределители и распределители жидкости , содержащие вертикальные перегородки и переливные желоба, отличающаяся тем, что, с целью повьшения пропускной способности и эффективности колонны путем увеличения свободного сечения узлов распределения и улучшения качества распределения жидкости и пара, она снабжена расположенными между крышками и корпусом цилиндрическими обечайками переменного сечения и опорными желобами , соединенными по днищу с переливными желобами и размещенными под ними, при этом нижние торцы боковых стенок опорных желобов перпендикулярны направлению листов верхнего пакета и плотно прижаты к этим листам, а распределители жидкости установлены в цилиндрических обечайках переменного сечения. 2.Колонка по п. 1, отличающаяся тем, что она снабжена капиллярными канавками, расположенными с внещних сторон переливных и опорных желобов, вьтолненных с скругленными боковыми стенками и днищем . 3.Колонна поп. 1, о т л и ч аю щ а ifi с я тем, что верхний и нижний пакеты насадки выполнены из вертикальных листов одинаковой высоты. СЛ

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

РЕСПУБЛИН (19) (И) (д) В 01 D 3/32; В 01 D 53/18

1* р(% "Щ )Я -

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ с.*„:ц„Я0 ЧИА

Н AST0PCK0lVlY СВИДЕ ГЕЛЬСТИУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ HOMHTET СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21 ) 355891 3/23-26 (22) 02.03.83 (46) 07.07.84. Бюл. В 25 (72) А.В. Стыценко, Г.А. Житарев, А.В. Уткин, Э.A. Веричева, Т.E. Никифорова, Н.Л. Лобанова и Н.В. Лященко (53) 66.015.23.05(088.8) (56) 1. Huber И ., Meier W. Би1гегKobonnen fur Vakuum-reltifikation

und Stoffaustausch. Technis che

Rundchau Sulzer, 1/1975, 3-16 (прототип). (54)(57) 1 . ТЕПЛОИАССООБИЕННАЯ КОЛОННА, содержащая корпус, крьппки, верхний и нижний пакеты насадки, опорные решетки, наклонные пластинчатые перераспределители и распределители жидкости, содержащие вертикальные перегородки и переливные желоба, о т л ич а ю щ а я с я тем, что, с целью повышения пропускной способности и эффективности колонны путем увеличения свободного сечения узлов распределения и улучшения качества распре- .

r деления жидкости,и пара, она снабжена расположенными между крышками и корпусом цилиндрическими обечайками переменного сечения и опорными желобами, соединенными по днищу с переливными желобами и размещенными под ними, при этом нижние торцы боковых стенок опорных желобов перпендикулярны направлению листов верхнего пакета и плотно прижаты к этим листам, а распределители жидкости установлены в цилиндрических обечайках переменного сечения.

2. Колонна по п. 1, о т л и ч аю щ а я с я тем, что она снабжена капиллярными канавками, расположен- g ными с внешних сторон переливных и опорных желобов, выполненных с скругленными боковыми стенками и днищем.

3. Колонна по п. 1, о т л.и ч аю щ а я с я тем, что верхний и нижний пакеты насадки выполнены из вертикальных листов одинаковой высоты.

1101250

Изобретение относится к конструкциям тепломассообменных насадочных . аппаратов, используемых в процессах ректификации и абсорбции и работающих на общем принципе противотока контактирующих потоков жидкости и пара (газа), и мо;кет применяться для ва.куумной ректификации термонестойких и высококипящих продуктов.

Известна тепломассообменная колон- 10 на, содержащая корпус, крышки, верхние и,нижние пакеты насадки, опорные решетки, наклонные пластинчатые перераспределители и распределители жидкости, содержащие вертикальные пере- 15 городки и пепеливные желоба (1) .

Однако применяемые в этих колоннах распределители весьма чувствительны к загрязнениям. Кроме того, принцип работы этих распределителей позволя- щ ет осуществлять равномерную подачу орошающей жидкости не более, чем в, 10 точках на 1 дм орошаемой площади.

Этого числа недостаточно для равномерной смоченности насадки при незна-2 чительных (= 0,3-0,7 м /м .ч) плотностях орошения, которыми характеризуются условия вакуумной.ректификации. Другим недостатком распределителей является невозможность их использования при перераспределении жидкости между слоями насадки. В этих участках размещены распределительноперераспределительные устройства же- . лобчатого типа. Однако,их свободное сечение не превышает 45-557., в то время как свободное сечение регулярных насадок составляет 65-85 . Использование устройств желобчатого типа ограничивает пропускную способность ко-4О лонны по парожидкостным нагрузкам.

Помимо этого узлы распределения занимают значительную часть рабочей высо1 ты колонны, что снижает объем аппарата с активным контактом фаз.

Целью изобретения является повышение пропускной способности и эффективности колонны путем увеличения свободного се-. чения узлов распределения и улучшения качества распределения жидкости и пара.

Поставленная цель достигается

l тем, что тепломассообменная колонна, содержащая корпус, крышки, верхний и нижний пакеты насадки, опорные решетки, наклонные пластинчатые пе- 55 рераспределители и распределители жидкости, содержащие вертикальные перегородки и переливные желоба, снабt гена расположенными между крышками

Й корпусом цилиндрическими обечайками переменного сечения и опорными желобами, соединенными по днищу с переливными желобами и размещенными под ними, при этом нижние торцы боковых стенок опорных желобов перпендикулярны направлению листов верхнего пакета и плотно прижаты к этим листам, а распределители жидкости установлены в цилиндрических обечайках переменного сечения.

Целесообразно, чтобы колонна быпа снабжена капиллярными канавками, рас-. положенными с внешних сторон переливных и опорных желобов, выполненных с скругленными боковыми стенками и днищем .

Кроме того, целесообразно, чтобы верхний и нижний пакеты насадки были выполнены из вертикальных листов одинаковой высоты.

На фиг. 1 представлена колонна, общий вид; на фиг. 2 — переливной и опорный желоба, поперечное сечение; на фиг. 3 — разрез А-А на фиг. 1.

Колонна содержит корпус 1, верх,нюю 2 и нижнюю 3 крышки, цилиндрические обечайки 4, размещенные между верхней крышкой 2,корпусом 1,штуцера 5 и 6 входа,и выхода пара (газа) и жидкости, перераспределитель 7 и распределитель 8, опорные решетки 9, на которые уложены пакеты 10 регулярной насадки из вертикальных гофрированных листов (или насыпан слой нере,гулярной насадки). С целью лучшего перераспределения жидкости и пара по поперечному сечению колонны вышерасположенные пакеты повернуты на

90 относительно нижерасположенных.

Высота верхнего и нижнего пакетов (величины h н h> на фиг. 1) составляет 30-100 мм, а высота основных пакетов (величина h на фиг. 1)

200-300 мм. Распределитель 8 включает донную часть 11, лереливные 12 и опорные 13 открытые желоба, вертикальные перегородки 14 и переточный канал 15. Разность высот между верхними торцами вертикальных перегородок 14 и боковых стенок переливных желобов 12 (величина h< на фиг. l) в зависимости от расхода жидкости и диаметра колонны составляет 3-5Х от диаметра цилиндрической обечайки.

Наклонные пластины перераспределнтеля 7 перекрывают зоны свободного и заполняет продольные капиллярные канавки 16, из которых равномерной пленкой движется по внешней поверхности боковых стенок опорных желобов 13 на.орошаемую поверхность.

3 многочисленных точках контакта Е жидкость смачивает листы 17 (или элементы нерегулярной насадки) и равномерной пленкой распределяется по всей поверхности насадки. Через штуцер 6 в нижней крышке 3 жидкость выводится из колонны.

Поток пара через штуцер 5 в нижней крышке 3 поступает в насадочную часть нижней части корпуса 1. Двигаясь по каналам пакетов 10 (или по каналам нерегулярной насадки), пар вступает в обмен теплом и мас-сой со стекающей йленкой жидкости.. .Через зоны свободного сечения в распределителе 8 и перераспределителе

7 поток пара передвигается в насадочную часть вышерасположенной части корпуса 1. Через штуцер 5 в верхней . крышке 2 пар выводится из колонны, При повышенных нагрузках по йару и жидкости с целью исключения брызго1 уноса в верхней крышке 2 над распределителем 8 может устанавливаться перераспределитель 7 (на фиг. I не показан).В указанном случае последний использован в качестве статического отбойника капельной жидкости.

Поиск лучшего варианта тепломассообменной цасадочной колонны показал, что отечественной промышленностью еще только начато освоение колонн, аналогично принятой за прототип конструкции. Поэтому для оценки эффектив-. ности заявляемой колонны в качестве базового образца выбрана стандартная насадочная колонна. Колонна оснащена регулярной или насыпной насадкой и узлами распределения тарельчатого типа. Недостатками этой конструкции является малое свободное сечение узлов распределения (30-40Х от площади поперечного сечения колонны)и малое число точек орошения насадки (не бо-, лее 8-10 на площади 1 дм ) ° В табл. 1 приведены данные, характеризующие основные показатели насадочных колонн.

Очевидно, что колонна, обладающая большими коэффициентом использования рабочего объема, свободным сечением узлов распределения (и соответственно большими эффективностью и предельным нагрузочным фактором) и меньшим удельным объемом, является более

3. 1101250 сечения распределителя 8, что необходимо для исключения провала жидкости на поверхность насадки. Пло щадь зон свободного сечения перераспределителя 7 и распределителя 8 составляет 65-80Х от площади поперечного сечения корпуса 1. Это делает свободное сечение узлов распределения в предлагаемой конструкции на

35-40Х выше, чем у известных колонн. tg, Между переливными 12 и опорными

13 желобами с внешних сторон расположены продольные капиллярные канавки 16 (фиг. 2). Нижние торцы боковых стенок опорных желобов 13 перпенди-. кулярны направлению листов 17 пакета 10 и в зонах (точках) контакта е (фиг. 3) плотно прижаты к этим листам. В точках 8 орошающая жидкость смачивает поверхность насадки. Число таких точек орошения на площади в 1 дм составляет 50-80 (против

10-14 в известных колоннах).

Распределители жидкости размещены в цилиндрических обечайках,установленных во фланцевых разъемах колонн (между верхней крышкой и корпусом). В зависимости от величины свободного сечения насадки цилиндри- .ческие обечайки выполнены либо с одинаковой, либо с большей, чем у корпуса, площадью поперечного сечения, при этом относительное увеличение площади поперечного сечения цилиндрических обечаек может достигать до

25Х, а в распределителях разность

35 высот между верхними торцами вертикальных перегородок и боковых стенок переливных желобов может достигать до 5Х от диаметра (внутреннего) ци40 линдрических обечаек. (Тепломассообменная насадочная колонна работает по общему принципу противоточного контакта жидкости и пара. Питающая жидкость через шту- ." цера 6, размещенные в цилиндрических обечайках 4 переменного сечения, поступает в переточные каналы 15 и равномерно перераспределяется по переливным желобам 12 ° Жидкость, отсекающаяся с вышерасположенной насад-! ки, движется по наклонным пластинам перераспределителя 7. и поступает в переточный канал 15 и переливные желоба 12 распределителя 8. Ороша 55 ющая жидкость переливается через боковые стенки желобов 12 (или через. переливные прорези в боковых стенках) 1101250

Таблица 1

Насадочная колонна

Параметры

Известная Базовая

0,55-0,65

О, 60-0, 70

0,80-0,85

30-40

65-75

45-55

Предельный нагрузочный фактор*, F = M<4$p кг з. м ОВ с

1,8-2, О

3,5-4,5

3,2-4,0

Эффективность**, характеризующаяся числом теоретических тарелок на 1 и высоты колонны, м 1

2-3 (при F =

= 1,5 кгпв . м-о5

° с ) 3-4 (при F =

2,4 кг м

° с ) 4, 5-5 (при Г

2 4 кг05 -015 .с ) Удельный объем** (характеризует объем колонны, приходящийся на единицу пропускной и разделяющей способности), м с/мз

0,052 (при F = кг05, м.О 5 с ) 0,075 (при F =.

= 2,4 кР.

° с ) О, 105 (при F =

15кг

«с ) -0,5 м .

* йг — скорость пара, м/с; pp — плотность пара, кг/м .

** Параметр, полученный при испытаниях, в сопоставимых условиях (ректифпкация эталонных смесей под давлением

6,65 кПа). предпочтительной как с технической, так н с экономической точек зрения.

Сравнительные характеристики (табл. 1) свидетельствуют о преимуществах предлагаемой насадочной колонны по отношению к известной и базовойе

Результаты испытаний разработанных колонн с различными модификациями узлов распределения и насадки представлены в табл. 2.

Приведенные данные (табл. 2) сви-, детельствуют; что применение предла-) гаемой конструкции взамен существуКоэффициент использования рабочего объема колонны (характеризует соотношение объема на-! садочной части к общему объему колонны)

Свободное сечение узлов распределения, Х к площади поперечного сечения колонны ющих колонн, оснащенных насадкой из колец Рашига и тарельчатыми распределителями, позволило существенно повысить технико-экономические показатели производственных процессов, увеличить производительность колонн, повысить качества продукции с одновременным ростом выхода и благодаря этому получить ощутимый экономичес1О кий эффект. Расчеты, произведенные по общепринятой методике, показали, что Экономический эффект от намеченных к 1985 году внедрений разработанной колонны составит около

15 1 млн, руб, 1101250

Соединение

Фенилгидразин

Этаноламины

flap (гая) Перекись водорода

Габариты колонны, конструкционный материал

Диаметр колонн 0,2-0,4 м

Высота насадки 1-2 м

Колонны иэ фарфора.

Насадки, узлы распределения и опорные решетки иэ фторопласта-4

Диаметр колонн 0,3-0,5 м

Высота насадки 6-8 м

Колонны, узлы распределения н опорные решетки иэ нержавеющей стали.

Насадка из проволочной сетки °

Таблица 2

Результаты применения

За счет возрастания пропускной способности в 1,5-2 раза снижены

1 диаметр и высота колонн: на 8-121 увеличен выход целевых продуктов вследствие снижения потерь от термического разложения; выделены компоненты с содержанием основного вещества

99, 2-99, 7 /

1101250

Фиг. 2

А-A

Фиг. 7

Составитель 3. Александрова

Редактор Н. Лазаренко Техред JI.Èèêåø

Корректор О. Тигор, Подписное

1ичиап 1Н1П "11атент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4. Заказ 4693/4 Тираж 682

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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