Колонна для тепломассообменных процессов между газом (паром) и жидкостью
Колонна для тепломассообменных процессов между газом (паром) и жидкостью относится к колонным аппаратам для системы газ (пар)-жидкость и может быть использована в процессах неадиабатической ректификации, абсорбции с отводом тепла, промывки газов с охлаждением. Цель изобретения - повышение эффективности и экономичности проведения процессов тепломассообмена между газом (паром) и жидкостью за счет отвода тепла из зоны контакта фаз. Это достигается тем, что в колонне поярусно и поочередно расположены основные тарелки с арочными прорезями, тангенциальном направленными осями и отбойными пластинами в форме спиралей Архимеда с движением жидкости от центра к периферии, и промежуточные тарелки с арочными прорезями, направленными тангенциально в периферийной части и с плавным изменением направления осей от тангенциального к центру, на которых жидкость движется от периферии к центру, на промежуточных тарелках над сливными трубами установлены сепараторы в виде перфорированных труб, отбойные пластины в форме спиралей Архимеда выполнены из вертикально уложенных и соединенных последовательно между собой труб с зазором между ними по вертикали, концы труб выведены через стенки колонны наружу патрубками для подвода и отвода холодильного агента. Новым в колонне являются охлаждающие трубы, уложенные вертикально одна над другой в форме спиралей Архимеда над основными тарелками. 10 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 в химической, нефтехимической, газовой и других отраслях промышленности. Целью изобретения является повышение эффективности и экономичности проведения процессов тепломассообмена между газом (паром) и жидкостью за счет отвода тепла из зоны контакта фаз. 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. 3 разрез Б-Б на фиг. 1; на фиг. 4 разрез В-В на фиг. 1; на фиг. 5 разрез Г-Г на фиг. 2; 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 З-З на фиг. 3; на фиг. 10 разрез К-К на фиг. 3. Колонна для тепломассообменных процессов между газом (паром) и жидкостью (фиг. 1 5) 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. 6, 7), сливные устройства с центральной сливной трубой 4 и проточным кольцевым гидрозатвором, выполненным из концентрически расположенных вокруг сливной трубы 4 цилиндрических колец 5 и 6, установленных с зазором относительно плиты, увеличивающимся к наружному кольцу 6, установленные симметрично на тарелку 2 отбойные элементы из труб 7, уложенных вертикально с зазором и соединенных последовательно между собой, изогнутых в форме спиралей Архимеда, расходящихся от центра к периферии и закрученных в сторону, соответствующую направлению выхода струй газа [пара) из арочных прорезей 3. Концы труб 7 выведены через стенки колонны 1 наружу патрубками 8 и 9 для подвода и отвода холодильного агента. В перфорированной зоне тарелок 2 (фиг. 8), соприкасающихся со стенкой корпуса 1, выполнены радиальными в прерывистые разрезы по окружности с образованием лепестков 10, отогнутых по отношению к горизонтальной плоскости тангенциально, поочередно вверх 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 11 с радиальным направлением осей от центра к периферии, между основными тарелками 2, по высоте цилиндрического корпуса 1 установлены промежуточные тарелки 12 в виде горизонтальных плит с арочными прорезями 13 выпуклостями вверх, расположенными по концентрическим окружностям, с направлением осей арочных прорезей 13, меняющимся от тангенциального в периферической части тарелки 12, совпадающим с направлением осей арочных прорезей 3 на основных тарелках 2, к радиальному от периферии к центру в остальной части тарелки 12. Причем свободные сечения арочных прорезей 13 для прохода газа (пара) на тарелках 2 больше, чем свободное сечение арочных прорезей 3 и 11 основных тарелок 2. К центру промежуточной тарелки 12 (фиг. 9, 10) прикреплена верхним концом центральная сливная труба 4, опускающаяся в центр нижерасположенной основной тарелки 2. В центральную сливную трубу 4 сверху вставлена крестовина 14, выступающая над тарелкой 12. На крестовину установлен сепаратор 15 в виде цилиндра, в боковых стенках которого выполнены вырубным методом лепестки 16, отогнутые в радиальных направлениях наружу. На самую верхнюю основную тарелку 2 жидкость подается по трубе 17 через патрубок 18, центральная сливная труба 4 из центра самой нижней промежуточной тарелки 12 выполнена удлиненной и опущена в гидрозатвор. Колонна для тепломассообменных процессов между газом (паром) и жидкостью работает следующим образом. Газ (пар) поступает в колонну снизу (фиг. 1 10) под самую нижнюю промежуточную тарелку 12, проходит через арочные прорези 13 и взаимодействует с жидкостью на тарелке. В результате в периферийной части тарелки 12 под действием тангенциально направленных струй газа (пара), выходящих из арочных прорезей 13, образуется регулярно вращающийся двухфазный поток газа (пара) и жидкости, из которого газ (пар) отделяется после контакта с жидкостью и поднимается вверх под вышележащую 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 15 с радиально отогнутыми лепестками 16, где отделяется от газа (пара) и стекает по центральной сливной трубе 4 вниз. Плоскости крестовины 14 являются отражателями жидкости, предупреждают воронкообразование жидкости в сливной трубе 4 и служат основой для вертикальной фиксации сепаратора 15. 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 промежуточную тарелку 12 и т. д. При движении по тарелке 2 жидкость при высоких линейных скоростях взаимодействует с отбойными элементами из труб 7, проходит в зазоры между труб 7. При этом происходит теплообмен между жидкостью на тарелке 2 и стенками труб 7, внутри которых движется холодильный агент (вода), подводимый в трубы 7 по входному патрубку 8 и отводимый по выходному патрубку 9. На самую верхнюю основную тарелку жидкость подается по трубе 17 через патрубок 18. В периферийной части тарелки 2 у стенки колонны 1 вращающийся поток жидкости под действием сил инерции отражается от лепестков 10, отогнутых вверх навстречу потоку, и стекает вниз на нижележащую промежуточную тарелку 12. Как на основной тарелке 2, так и на промежуточной тарелке 12 в периферийной части тарелок происходит интенсивное взаимодействие вращающегося потока жидкости с газом (паром). Причем на тарелку 2 стекает только жидкость в прорези между лепестками 10, а на тарелку 12 через арочные прорези 13 с тангенциально направленными осями проходит только газ (пар). При этом в обоих случаях благодаря принципу взаимодействия газа (пара) с жидкостью не требуется уплотнение между тарелками 3 и 12 и стенкой 1 колонны. Это позволяет значительно упростить конструкцию колонны, снизить ее металлоемкость и трудоемкость изготовления, монтажа демонтажа и ремонта. На тарелке 2 взаимодействие газа (пара) с жидкостью происходит в поле центробежных сил, как известно обеспечивает значительное увеличение допустимых нагрузок по газу (пару) и жидкости без брызгоуноса по сравнению с барботажными тарелками. На тарелке 12 в периферийной ее части также происходит вращение двухфазного потока, и на остальной части будет иметь место преимущественно однонаправленное струйное движение газа (пара) и жидкости от периферии к центру. Причем допустимые скорости газа (пара) будут выше, чем барботажных тарелок, и могут быть близки к основным тарелкам 2, так как свободное сечение арочных прорезей 13 и тарелок 12 намного больше, чем свободное сечение арочных прорезей 3 и тарелок 2. В результате на тарелках 12 будет преобладать смешанный струйно-барботажный режим работы с высокой пропускной способностью по газу (пару) и жидкости, высоким газо- (паро)-жидкостным слоем, и естественно, с высокой эффективностью массообмена (эффективность по Мерфри). Таким образом, колонна для тепломассообменных процессов между газом (паром) и жидкостью обеспечивает высокую пропускную способность по газу (пару) и жидкости, примерно в два раза превышающую колонны с барботажными колпачковыми тарелками при сопоставимых условиях, высокую эффективность массообмена, в 1,15 1,25 раза выше эффективности колонн с барботажными тарелками, высокую эффективность теплообмена при охлаждении жидкости для проведения процессов неадиабатической ректификации и абсорбции с отводом тепла. Это 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 центробежно-вихревыми реконструированные колонны часто остаются недогруженными, что одновременно приводит к снижению их эффективности массообмена (эффективность по Мерфри) при скоростях (пара) ниже оптимальных. Технические преимущества колонны для тепломассообменных процессов между газом (паром) и жидкостью заключаются в обеспечении совмещенного теплообмена с охлаждением жидкости на основных тарелках. При этом совмещенный теплообмен обеспечивает высокие коэффициенты теплопередачи от жидкости к холодильному агенту (воде) порядка 1500 Вт/м2. К в отличие от коэффициентов теплопередачи в выносных холодильниках порядка 200 300 Вт/м2 K. В результате совмещения процесса охлаждения с основным процессом в колонне исключается необходимость установки выносных холодильников и дополнительной установки насосов для них и расхода 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 за счет отвода тепла из зоны контакта фаз, отбойные элементы выполнены из вертикально уложенных и соединенных последовательно между собой труб с зазором между ними по вертикали, концы труб выведены через стенки колонны наружу и снабжены патрубками для подвода и отвода холодильного агента.РИСУНКИ
Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6, Рисунок 7, Рисунок 8, Рисунок 9, Рисунок 10MM4A 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: 8-2000
Извещение опубликовано: 20.03.2000
