Колонна для проведения процессов тепломассообмена

 

Колонна предназначена дhя проведения процесса тепломассообмена в ректификационных и абсорбционных процессах при низких нагрузках по жидкости и переменных нагрузках по пару. Целью изобретения является обеспечения устойчивой и эффективной работы колонны в условиях малого или крайне малого жидкостнвго орошения за счет организации ступенчато-поперечного передвижения жидкости в контактной зоне. Контактные устройства выполнены в виде полых лотков, торцы которых попарно соединены соосньми переливными устройствами, и в полости лотков размещены вертикальные пластины, нижний край которых смещен относительно оси лотков в сторону ввода пара в контактное устройство . Лотки имеют профиль полукруга, швеллера, двутавра. 1 з.п. ф-лы, 13 ил. с (Л со со ел 1чЭ vj

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК

А1

„,SU„„1 1527 (5D 4 В 01 D 3/20

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К А ВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) 3947252/31-26 (22) 28.08.85 (46) 23.08.87. Бюл. В 3 1 (71) Уфимский нефтяной институт (72) И.А. Мнушкин, К.Ф. Богатых, М.А. Цадкин, В.Е. Федотов, А.Д. Макаров, Ш.М. Юнусов и S.H. (53) 66.015.23.05(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

У 702564, кл. В 01 D 3/32, 1977.

Авторское свидетельство СССР

Ф 1029998, кл. В 01 D 53/20, 1982. (54) КОЛОННА ДЛЯ ПРОВЕДЕНИЯ ПРОЦЕССОВ

ТЕПЛОМАССООБМЕНА (57) Колонна предназначена для проведения процесса тепломассообмена в ректификационных и абсорбционных процессах при низких нагрузках по жидкости и переменных нагрузках по пару. Целью изобретения является обеспечения устойчивой и эффективной работы колонны в условиях малого или крайне малого кидкостнвго орошения эа счет организации ступенчато-поперечного передвижения жидкости в контактной зоне. Контактные устройства выполнены в виде полых лотков, торцы которых попарно соединены соосныии переливными устройствами, и в полости лотков размещены вертикальные пластины, ни кний край которых смещен относительно оси лотков в сторону ввода пара в контактное устройство. Лотки имеют профиль полукруга, швеллера, двутавра. 1 э.п. ф-лы, 13 ил.

1331527

Изобретение относится к конструк циям контактных устройств для прове дения процесса тепломассообмена в системах гаэ(пар) — жидкость и может быть использовано для осуществления процессов ректификации, отгонки, абсорбции и отпарки в крупнотоннажных производствах нефтеперерабатывающей, нефтехимической и газовой промышленности.

Целью изобретения является обеспечение устойчивой и эффективной работы колонны в условиях малого и крайне малого жидкостного орошения за счет организации ступенчато-поперечного движения жидкости в контактной зоне.

На фиг. 1 изображена конструкция колонны с контактными устройствами, выполненными иэ полукруглых лотков с зубчатыми краями; на фиг. 2 фрагмент контактного устройства, выполненного из лотков двутаврового профиля (показано соосное расположение вертикальной пластины по отношению к оси лотков); на фиг. 3 то же, из лотков швеллерного сечения (показано смещенное расположение вертикальной пластины относительно оси лотков в сторону ввода пара в контактное устройство); на фиг. 4 — то же, в наклонной плоскости; на фиг. 5 — то же, (показано двухзаходное ступенчато-поперечное перемещение жидкости по контактному устройству); на фиг. 6 — то же, с тавровым профилем лотков, в плоскости которых выполнены клапанные контактные элементы (показана органиэация ступенчато-поперечного перемещения жидкости по контактному устройству); на фиг. 7 — то же, с вертикальным насадочным отбойником, предназначенным для сепарации уносимых капель жидкости; на фиг. 8 осевое расположение лотков по сечению аппарата; на фиг. 9 — то же, треугольное расположение; на фиг.10то же, четырехугольное расположение; на фиг. 11 — то же, двухпараллельное расположение; на фиг. 12 то же, трехпараллельное расположение также показано торцовое соединение лотков соосными переливными устройствами); на фиг. 13 — фрагмент контактного устройства, снабженного центральными переливными устройствами.

Конструкция колонны включает контактные устройства, состоящие из полых лотков 1 различного профиля с вертикальными пластинами 2, которые по торцам соединены соосными переливными устройствами 3, горизонтальные перегородки 4, обеспечивающие перекрестно-точное движение пара в контактных ступенях и корпус 5.

Контакт пара и жидкости в контактном устройстве осуществляется в перекрестном токе фаз. Однако, в отличие от известных устройств, в предлагаемом контактном, устройстве жидкая фаза подвергается обработке потоком пара на всем пути ее переме— щения вдоль лотка, т,е. на участке между двумя торцовыми переливными устройствами. В переливном устройстве, установленном соосно с лотком, происходит изменение направления течения жидкости на обратное и поток жидкости перетекает на другую ступень, где также подвергается обработке паром того же состава. Далее процесс повторяется. Такой способ организации контакта фаз можно охарактеризовать как ступенчатопоперечный с перемещением жидкой фазы.

Создание такой органиэации контакта фаз в контактном устройстве позволяет обеспечить устойчивую работу колонны в условиях крайне малого или малого орошения жидкости, так как нагруженность по жидкости такого устройства определяется исходя иэ геометрического размера профиля лотка.

Эффективность взаимодействия пара и жидкости в контактном устройстве со ступенчато-поперечным перемещением жидкости в первую очередь определяется гидродинамической обстановкой как в полости лотка, так и в области непосредственного контакта пара и жидкости.

Такой областью является линия соприкосновения вертикальной пластины с поверхностью жидкости в полости лотка 1. При перекрестноточном прохождении пара через эту область осуществляется разрыв слоя жидкости с образованием пенного слоя.

Важной особенностью в достижении требуемой гидродинамической обстановки на контактном устройстве является выполнение гевметрического

1331527 профиля лотка. Так, в случае выполнения лотка полукруглой формы (фиг. 1), обеспечивается интенсивна обработка всего объема жидкости. Эт осуществляется за счет плавного профиля изгиба лотка. При таком профиле лотка за счет создания развитой пены имеет место эффект увеличения потоком пара части жидкости иэ лотка. Возврат в процесс этой части жидкости становится возможным за счет наклонного расположения лотков друг под другом (фиг ° 4). Контактное устройство с полукруглым про филем лотков имеет небольшую задержку жидкости непосредственно в зоне контакта с паром, что благоприятствует применению этого профиля лотка в контактных устройствах для разделения термолабильных и легкоосмоляющих веществ.

В случае же выполнения лотков в контактном устройстве по профилю швеллера обеспечивается эффект затормаживания пенного слоя за счет наличия углового изгиба, При таком выполнении профиля лотка создается развитая степень перемешивания (циркуляции) жидкости и пены в полости лотка и, следовательно, высокая эффективность контакта пара и жидкости. Высокая степень циркуляции жидкости в полости лотка, которая, в свою очередь, оказывает активное пеноразрушающее действие, достигается в лотке такого профиля за счет смещения вертикальной пластины в сторону входа пара в контактное устройство (фиг. 3 и 7). Повышение степени циркуляции пенной жидкости в полости лотка может быть достигнуто и за счет выполнения, например, . клапанных элементов в лотке (фиг. 6).

Выполнение контактного устройства с лотками по профилю полукруга и швеллера предопределяет некоторую степень уноса паром капель жидкости иэ полости лотков. При этом практически полная степень сепарации этих капель может быть достигнута на перекрестно-точном насадке (фиг ° 7). *

Применение неорошаемой перекрестноточной насадки позволяет создать дополнительную обработку потоком пара скоагулированной жидкости и, кроме тог о, обеспечить полный воэ" врат унесенной части жидкости на орошение нижерасположенного контактного устройства, так как перелив унесенной жидкости осуществляется я с горизонтальной перегородки 4 нео посредственно в полость лотка (фиг.1)

Выполнение контактного устройства с лотками двутаврого профиля (фиг.2) позволяет к достигаемому эффекту устройства с лотками швеллерового профиля обеспечить дополнительное расширение диапазона устойчивой работы за счет использования отражающего воздействия крайней полочки лотка на сепарацию жидкости из потока выходящего пара. Кроме того, двутавровый профиль лотка позволяет усилить степень циркуляции жидкости в области входа пара в контактное устройство за счет направленного изменения движения потока пара на входе в устройство, что, в свою очередь, повышает эффективность контакта, Таким образом, использование раз-..

26 личного по профилю лотка в контактном устройстве со ступенчато-поперечным перемещением жидкости позволяет осуществить регулирование гидродинамической обстановки в контакт30 ном устройстве и, следовательно позволяет осуществить конкретный процесс с высокой эффективностью контакта в определенном диапазоне устойчивой работы.

Следует также отметить, что на эффективность контакта пара и жидкости в колонне с предлагаемыми контактными устройствами оказывает влияние величина времени пребывания пара и жидкости в контакте. Одним из способов регулирования времени пребывания жидкости и пара в контакте в предлагаемом устройстве является выполнение двух- или более за4> ходного ступенчатого перемещения жидкости в устройстве (фиг. 5) . С помощью такой конструкции контактного устройства становится возможным повью сить время пребывания жидкости и пара в условиях практически малого увеличения занятого объема колонны. Это является важным для проведения таких процессов, как отгонка или отпарка различных веществ.

Одной из,особенностей предлагаемой конструкции колонны, в отличие от известных перекрестно-точных насадочных колонн с расположением насадки по квадрату и другим фигурам, явля1331527 ется B09MQKHocTb регулирования смещения потоков жидкости как по лоткам, так и по контактному устройству в целом.

Так, при осевом (фиг. 8) и параллельном (фиг. 11 и 12) расположении лотков обеспечивается разделенное секционированное перемещениежидкости вдоль каждого контактного устройства. 1О

В случае же кольцевого соединения лотков по квадрату (фиг. 10) и по треугольнику (фиг. 9) достигается эффект смещения на каждом иэ лотков при выполнении общих переливных устройств на стыке двух соседних лотков.

Кроме того, применение в контактных устройствах центральных переливных устройств позволяет обеспечить смещение частей .жидкости по центру контактного устройства, Создание такого способа регулирования степени смешения потоков жидкости по лотку контактного устройства и в целом по контактному устройству 25 позволяет повысить эффективность и диапазон устойчивой работы аппарата при осуществлении различных процессов и выполнении конкретных задач по получению различной степени чистоты

1 продуктов. )ф

Использование предлагаемой конструкции колонны с контактными устройствами, выполненными в форме лотков, позволяет обеспечить устойчивую работу аппарата при эффективном контакте пара и жидкости в области переменных нагрузок по пару и крайне малого или малого орошения по жидкости.

Формула и э о б р е т е н и я

1. Колонна для проведения процессов тепломассообмена, содержащая корпус, разделенный горизонтальными перегородками на контактные ступени, внутри которых установлены в наклон ной или вертикальной плоскости контактные устройства перекрестно-точного типа, отличающаяся тем, что, с целью обеспечения устойчивой и эффективной работы колонны в условиях малого или крайне малого жидкостного орошения за счет организации с.упенчато-поперечного движения жидкости в контактной зоне, контактные устройства выполнены в виде полых лотков, торцы которых попарно соединены соосными переливными устройствами и снабжены вертикальными пла стинами, нижний край которых смещен относительно оси лотков в сторону ввода пара в контактное устройство.

2. Колонна по и. 1, о т л и ч аю щ а я с я тем, что лотки имеют профиль полукруга, швеллера, двутавра.

1331527

Фиг.2

Жидкость

1331527

Фиа 7

Фи@ 1Е

1331527

N идюсмь иг.

Составитель А. Сондор

Редактор А. Ворович Техред В.Кадар

Корректор А. Тяско

Заказ 3752/5 Тираж 656

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Подписное

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4