Колонна для тепломассообменных процессов между газом (паром) и жидкостью
Изобретение относится к колонным аппаратам для систем газ (пар) - жидкость, позволяет повысить эффективность и экономичность процесса тепломассообмена между газом (паром) и жидкостью при одновременном отводе тепла от жидкости в колонне в условиях проведения процессов неадиабатической ректификации или абсорбции с отводом тепла. Колонна включает корпус 1, основные горизонтальные тарелки 2 с тангенциально направленными арочными прорезями 3, центральную сливную трубу, цилиндрические кольца 5 и 6, отбойные элементы 7, лепестки 8, арочные прорези 9. В периферийных частях дополнительных тарелок 10 с тангенциально направленными и под острым углом к радиусу осями арочных прорезей 11 над дополнительными тарелками 10 установлены змеевики 17 из труб в виде спиралей в горизонтальной плоскости, закрученные от периферии к центру тарелки 10 по направлению выхода газа (пара) из арочных прорезей 11. К центральному концу змеевика 17 подсоединен патрубок 18 для ввода холодильного агента, а к периферийному - патрубок 19 для вывода холодильного агента. 11 ил.
Изобретение относится к колонным аппаратам для систем газ (пар) - жидкость, в которых жидкость движется сверху вниз и контактирует с газом (паром), поднимающимся по колонне вверх, и может быть использовано в процессах неадиабатической ректификации, абсорбции с отводом тепла, промывки газов, а также в химической, нефтехимической, газовой и других отраслях промышленности. Цель изобретения повышение эффективности и экономичности проведения процесса тепломассообмена между газом (паром) и жидкостью при одновременном отводе тепла от жидкости в колонне в условиях проведения процессов неадиабатической ректификации или абсорбции с отводом тепла. На фиг. 1 изображена часть колонны с контактными тарелками и сливными устройствами, вертикальный разрез; на фиг. 2 разрез А А на фиг. 1; на фиг. 2 разрез А А на фиг. 1; на фиг. 3 разрез Б Б на фиг. 1; на фиг. 5 - разрез Г Г на фиг. 1; на фиг. 6 разрез Д Д на фиг. 2; на фиг. 7 разрез Е Е на фиг. 2; на фиг. 8 разрез Ж Ж на фиг. 2; на фиг. 9 разрез И И на фиг. 2; на фиг. 10 разрез К К на фиг. 4; на фиг. 11 разрез Л Л на фиг. 4. Колонна для тепломассообменных процессов между газом (паром) и жидкостью (фиг. 1 6) содержит цилиндрический корпус 1 с установленными в нем поочередно одна под другой основными горизонтальными тарелками 2 в виде горизонтальных плит с тангенциально направленными арочными прорезями 3 для прохода газа (пара), выполненными выпуклостями вверх и расположенными по концентрическим окружностям (фиг. 7 и 8), сливные устройства с центральной сливной трубой 4 и проточным кольцевым гидрозатвором, выполненным из концентрически расположенных вокруг 5 и 6 (фиг. 6), установленных с зазором относительно тарелки 2, увеличивающимся к наружному кольцу 6, установленные симметрично на тарелку 2 отбойные элементы 7, изогнутые в форме спиралей Архимеда, расходящиеся от центра к периферии и закрученные в сторону, соответствующую направлению выхода струй газа (пара) из арочных прорезей 3. В периферийной зоне тарелок 2 (фиг. 9), соприкасающихся со стенкой корпуса 1, выполнены радиальные и прерывистые прорези по окружности с образованием лепестков 8, отогнутых по отношению к горизонтальной плоскости тангенциально, поочередно в сторону, противоположную направлению осей арочных прорезей 3, и вниз по направлению, совпадающему с направлением открытия арочных прорезей 3. Под проточным кольцевым гидрозатвором выполнены арочные прорези 9 с радиальным направлением осей от центра к периферии между основными тарелками 2. По высоте цилиндрического корпуса 1 установлены дополнительные тарелки 10 в виде горизонтальных плит с арочными прорезями 11 выпуклостями вверх, расположенными по концентрическим окружностям с направлением осей арочных прорезей 11, изменяющимся от тангенциального направления и периферической части тарелки 10, совпадающей с направлением осей арочных прорезей 3 на основных тарелках 2, к радиальному от периферии к центру в остальной части дополнительной тарелки 10, причем свободные сечения арочных прорезей 11 для прохода газа (пара) на тарелках 2 больше, чем свободное сечение арочных прорезей 3 и 9 основных тарелок 2. К центру дополнительной тарелки 10 (фиг. 10 и 11) прикреплена верхним концом центральная сливная труба 4, опускающаяся в центр расположенной ниже основной тарелки 2. В центральную сливную трубу 4 сверху вставлена крестовина 12, выступающая над дополнительной тарелкой 10. На крестовину установлен сепаратор 13 в виде цилиндра, в боковых стенках которого выполнены вырубным методом лопатки 14 (фиг. 10), отогнутые в радиальных направлениях наружу. На самую верхнюю основную тарелку 2 жидкость подается по трубе 15 через патрубок 16. Центральная сливная труба 4 из центра самой нижней дополнительной тарелки 10 выполнена удлиненной и опущена в гидрозатвор. В периферийных частях дополнительных тарелок 10 с тангенциально направленными и под острым углом к радиусу осями арочных прорезей 11 над дополнительными тарелками 10 установлены змеевики 17 из труб в виде спиралей в горизонтальной плоскости, закрученные от периферии к центру тарелки 10 по направлению выхода газа (пара) из прочных прорезей 11. К центральному концу змеевика 17 подсоединен патрубок 18 для ввода холодильного агента, а к периферийному патрубок 19 для вывода холодильного агента. Колонна для тепломассообменных процессов между газом (паром) и жидкостью работает следующим образом. Газ (пар) поступает в колонну снизу под самую нижнюю дополнительную тарелку 10, проходит через арочные прорези 11 и взаимодействует с жидкостью на тарелке, в результате в периферийной части дополнительной тарелки 10 под действием тангенциально направленных струй газа (пара), выходящих из арочных прорезей 11, образуется регулярно вращающийся двухфазный поток газа (пара) и жидкости, из которого газ (пар) отделяется после контакта с жидкостью и поднимается вверх под вышележащую горизонтальную основную тарелку 2, а жидкость по мере ее накопления перемещается от периферии к центру, где увлекается потоком газа (пара), направленным в радиальном направлении, проходит через окна в сепаратор 13 с радиально отогнутыми лопатками 14, где отделяется от газа (пара) и стекает по центральной сливной трубе 4 вниз. Плоскости крестовины 12 являются отражателями жидкости, предупреждают воронкообразование жидкости в сливной трубе 4 и служат основой для вертикальной фиксации сепаратора 13. При прохождении газа (пара) через арочные прорези 3 с тангенциально направленными осями на основной тарелке 2 при взаимодействии с жидкостью образуется регулярно вращающийся двухфазный поток, при этом под действием центробежных сил жидкость совершает радиально кольцевое движение от центра к периферии, а газ (пар) винтообразное движение вверх под вышележащую дополнительную тарелку 10 и т. д. На самую верхнюю основную тарелку жидкость подается по трубе через патрубок 16. Как на основной тарелке 2, так и на дополнительной тарелке 10 в периферийной части тарелок происходит интенсивное взаимодействие вращающегося потока жидкости с газом (паром), причем на тарелке 2 стекает только жидкость в прорези между лепестками 8, а на тарелке 10 через арочные прорези 11 с тангенциально направленными осями проходит только газ (пар), причем в обоих случаях благодаря принципу взаимодействия газа (пара) с жидкостью не требуется уплотнение между тарелками 2 и 10, корпусом 1 колонны, что позволяет значительно упростить конструкцию колонны, снизить ее металлоемкость и трудоемкость изготовления, монтажа-демонтажа и ремонта. На основной тарелке 2 взаимодействие газа (пара) с жидкостью происходит в поле центробежных сил, что, как известно, обеспечивает значительное увеличение допустимых нагрузок по газу (пару) и жидкости без брызгоуноса по сравнению с барботажными тарелками. На дополнительной тарелке 10 в периферийной ее части также происходит вращение двухфазного потока, а на остальной части имеет место преимущественно однонаправленное струйное движение газа (пара) и жидкости от периферии к центру, причем допустимые скорости газа (пара) выше, чем на барботажных тарелках, они могут быть близки к скоростям на основных тарелках 2, так как свободное сечение арочных прорезей 11 тарелок 10 намного больше, чем свободное сечение арочных прорезей 3 и 9 тарелок 2, в результате чего, на тарелках 10 преобладает смешанный струйно-барботажный режим работы с высокой пропускной способностью по газу (пару) и жидкости, высоким газо-(паро)-жидкостным слоем и с высокой эффективностью массообмена (эффективность по Мерфри). В периферийных частях дополнительных тарелок 10 регулярно вращающаяся жидкость под действием газа (пара), выходящего из арочных прорезей 11 с тангенциально и под острым углом к радиусу направленными осями, при высоких линейных скоростях взаимодействует с трубами спиральных змеевиков 17, закрученных от периферии к центру тарелки 10 по направлению выхода газа (пара) из арочных прорезей 11, в результате происходит интенсивный теплообменник между вращающейся жидкостью в периферийной части дополнительных тарелок 10 и холодильным агентом, движущимся внутри труб змеевика 17 противотоком по отношению к направлению вращения жидкости, так как холодильный агент подводится патрубком 18 к центральному концу змеевика 17, а отводится по патрубку 19 из периферийного конца змеевика 17, а при противотоке, как известно, достигается максимальная движущая сила процесса теплопередачи между жидкостью и холодильным агентом. Таким образом, предлагаемая колонна для тепломассообменных процессов между газом (паром) и жидкостью обеспечивает высокую пропускную способность по газу (пару) и жидкости, примерно в два раза превышающую пропускную способность колонны с барботажными колпачковыми тарелками при сопоставимых условиях, и эффективность массообмена в 1,15 1,25 раза выше эффективности колонн с барботажными тарелками, а также высокую эффективность теплообмена при охлаждении жидкости для проведения процессов неадиабатической ректификации и абсорбции с отводом тепла, что позволяет при реконструкции существующих колонн с барботажными тарелками с целью наращивания мощностей в кратное число раз увеличивать производительность колонны, в то время как замена барботажных тарелок центробежно-вихревыми тарелками с регулярно вращающимся потоком обеспечивает увеличение, как правило, в среднем в 2,5 раза и при реконструкции существующих колонн с барботажными тарелками с заменой их центробежно-вихревыми реконструированные колонны часто остаются недогруженными, что одновременно приводит к снижению их эффективности массообмена (эффективность по Мерфри) при скоростях газа (пара) ниже оптимальных. Технические преимущества предлагаемой колонны для тепломассообменных процессов между газом (паром) и жидкостью по сравнению с прототипом заключаются в обеспечении совмещенного теплообмена с охлаждением жидкости на дополнительных тарелках и в улучшении процесса движения жидкости от периферии к центру тарелок, при этом совмещенный теплообмен обеспечивает высокие коэффициенты теплопередачи от жидкости к холодильному агенту (воде) порядка 1500 Вт/м2
K в отличие от коэффициентов теплопередачи в выносных холодильниках порядка 200 300 Вт/м2K. Кроме того, конструкция совмещенного дополнительного змеевикового холодильника отличается компактностью и улучшает процесс движения жидкости на тарелках. В результате совмещения процесса охлаждения с основным процессом массообмена в колонне исключаются необходимость установки выносных холодильников и дополнительной установки насосом для них, сокращается расход энергии, в конечном итоге повышается эффективность процессов неадиабатической ректификации или абсорбции с отводом тепла.
Формула изобретения
Колонна для тепломассообменных процессов между газом (паром) и жидкостью по авт.св. N 1464327, отличающаяся тем, что, с целью повышения эффективности и экономичности проведения процессов тепломассообмена между газом (паром) и жидкостью при одновременном отводе тепла от жидкости в условиях неадиабатической ректификации и абсорбции с отводом тепла, она снабжена змеевиками из труб в виде спиралей в горизонтальной плоскости, закрученных от периферии к центру по направлению выхода газа из арочных прорезей, расположенных над периферийными частями дополнительных тарелок, при этом центральный конец змеевика подсоединен к вводу холодильного агента, а периферийный к выводу.РИСУНКИ
Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6, Рисунок 7, Рисунок 8, Рисунок 9, Рисунок 10, Рисунок 11MM4A Досрочное прекращение действия патента Российской Федерации на изобретение из-за неуплаты в установленный срок пошлины за поддержание патента в силе
Номер и год публикации бюллетеня: 5-2002
Извещение опубликовано: 20.02.2002
