Колонна для тепломассообменных процессов между газом (паром) и жидкостью
Изобретение относится к колонным аппаратам для систем газ(пар) - жидкость и может быть использовано в процессах неадиабатической ректификации, абсорбции с отводом тепла, промывке газов с охлаждением. Цель изобретения - повышение эффективности и экономичности процесса при одновременном отводе тепла от жидкости в колонне в условиях проведения процессов неадиабатической ректификации или абсорбции с отводом тепла. Это достигается тем, что в колонне поярусно и поочередно расположены основные тарелки с арочными прорезями с тангенциально направленными осями 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 периферии к центру, на которых жидкость движется от периферии к центру, причем свободное сечение арочных прорезей промежуточных тарелок примерно в 2 раза больше, чем основных, над промежуточными тарелками над сливной трубой установлены сепараторы в виде перфорированной трубы, а под основными тарелками в периферийной части у стенок колонны установлены змеевики. Новым в колонне являются охлаждающие змеевики в периферийной части основных тарелок у стенок колонны по винтовой линии, опускающейся вниз по направлению вращения газо(паро) жидкостного потока на тарелке. Холодильный агент в змеевиках движется снизу вверх. 10 ил.
Изобретение относится к колонным аппаратам для системы 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, и может найти применение в химической, нефтехимической, газовой и других отраслях промышленности. Целью изобретения повышение эффективности и экономичности процесса 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.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 И-И на фиг.3. Колонна для тепломассообменных процессов между газом (паром) и жидкостью содержит цилиндрический корпус 1 у 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, 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 тарелки 2 в виде плиты, увеличивающимися к наружному кольцу 6, установленные симметрично на тарелку 2 отбойные пластины 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, соприкасающиеся со стенкой корпуса 1, выполнены радиакальные и прерывистые разрезы по окружности с образованием лепестков 8, 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 9 с радиальным направлением осей от центра к периферии между основными прорезями 11 выпуклостями вверх, расположенными по концентрическим окружностям с направлением осей арочных прорезей 11, и меняющимся от тангенциального в периферической части тарелки 10, совпадающим с направлением осей арочных прорезей 3 на основных тарелках 2, к радиальному от периферии к центру в остальной части 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 промежуточной тарелки 10 прикреплена верхним концом центральная сливная труба 4, опускающаяся в центр нижерасположенной основной тарелки 2. В центральную сливную трубу 4 сверху вставлена крестовина 12, выступающая над тарелкой, на крестовину установлен сепаратор 13 в виде цилиндра, в боковых стенках которого выполнены вырубным методом лопатки 14, 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 промежуточной тарелки 10 выполнена удлиненной и опущена в гидрозатвор (не показано). Над основными тарелками 2 у стенок колонны 1 змеевики 17 из труб по винтовой линии, опускающейся вниз по направлению вращения газопарожидкостного слоя на тарелке, т.е. по направлению выхода газа (пара) из арочных прорезей 3 с тангенциально направленными осями. Патрубок 18 для ввода холодного агента подсоединен к нижнему витку змеевика 17, а патрубок 19 для отвода холодильного агента подсоединен к верхнему витку холодильника 17. Колонна для тепломассообменных процессов между газом (паром) и жидкостью работает следующим образом. Газ (пар) поступает в колонну снизу под самую нижнюю промежуточную тарелку 10, проходит через арочные прорези 11 и взаимодействует с жидкостью на тарелке. В результате в периферийной части 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 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 основной 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 промежуточную тарелку 10 и т.д. На самую верхнюю основную тарелку жидкость подается по трубе через патрубок 16. В периферийной части тарелки 2 у стенки колонны происходит вращение жидкости и взаимодействие ее с трубчатым змеевиком 17 в виде винтовой линии, в результате чего жидкость под действием опускающейся винтовой линии по направлению вращения жидкости ускорено перемещается вниз в дополнение к действию на жидкость гравитационных сил. При этом происходит теплообмен между жидкостью и стенкой трубы змеевика 17, внутри которого движется холодильный агент (вода) снизу вверх, вводимый по патрубку 18 в нижний виток и отводимый по патрубку 19 из верхнего витка, т.е. противотоком по отношению к направлению движения жидкости в периферийной части тарелки 2 сверху вниз, что обеспечивает максимальную движущую силу процесса теплообменника между жидкостью и холодильным агентом. После взаимодействия со змеевиком 17 в периферийной части тарелки 2 у стенки корпуса 1 колонны вращающийся поток жидкости под действием сил инерции отражается от лепестков 8, отогнутых вверх навстречу потоку, и стекает вниз на нижележащую промежуточную тарелку 10. Как на основной тарелке 2, так и на промежуточной тарелке 10 в периферийной части тарелок происходит интенсивное взаимодействие вращающегося потока жидкости с газом (паром), причем на тарелке 2 стекает только жидкость в прорезях между лепестками 8, а на тарелке 10 через арочные прорези 11 с тангенциально направленными осями происходит только газ (пар), причем в обоих случаях благодаря принципу взаимодействия газа (пара) с жидкостью не требуется уплотнение между тарелками 2 и 10 и стенкой корпуса 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 промежуточной тарелке 1 в периферийной ее части также происходит вращение двухфазного потока, а на остальной части будет иметь место преимущественно однонаправленное струйное движение газа (пара) и жидкости от периферии к центру допустимые скорости газа (пара) будут выше, чем скорости газа (пара) барботажных тарелок могут быть близки к основным тарелкам 2, так как свободное сечение арочных прорезей 11 и тарелок 10 намного больше, чем свободное сечение арочных прорезей 3 и 9 тарелок 2, в результате чего, на тарелках 10 будет преобладать смешанный струйно-барботажный режим работы с высокой пропускной способностью по газу (пару) и жидкости, высоким газопарожидкостным слоем и, естественно, с высокой эффективностью массообмена (эффективность по Мерфри). 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 колонны с барботажными колпачковыми тарелками при сопоставимых условиях и высокую эффективность массообмена в 1,15 1,25 раза выше эффективности колонн с барботажными тарелками и 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 на центробежно-вихревые, 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 основных тарелках и в улучшении процесса слива жидкости с 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 200 30 Вт/м2 K. Кроме того, конструкция совмещенного дополнительного холодильника отличается компактностью и улучшает основной процесс слива жидкости с тарелок. В результате совмещения процесса охлаждения процесса охлаждения с основным процессом в колонне исключается необходимость установки выносных холодильников и дополнительной установки насосов для них и расхода энергии, и в конечном итоге повышается эффективность процессов неадиабатической ректификации или абсорбции с отводом тепла. Общественно полезные преимущества предлагаемой колонны, вытекающие из технических преимуществ по сравнению с прототипом, заключаются в повышении качества целевых продуктов вследствие повышения эффективности тепломассообмена между газом (паром) и жидкостью с охлаждением жидкой фазы в условиях неадиабатической ректификации или абсорбции с отводом тепла, в снижении стоимости целевых продуктов вследствие исключения необходимости затраты энергии на перекачку жидкости насосами в выносные холодильники. Ожидаемый экономический эффект от использования предлагаемой колонны для тепломассообменных процессов между газом (паром) и жидкостью по сравнению с прототипом может быть обеспечен за счет экономии энергии на перекачку жидкости в выносные холодильники.
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 процесса при одновременном отводе тепла от жидкости в колонне в условиях проведения процессов неадиабатической ректификации или абсорбции с отводом тепла, колонна снабжена установленными над основными тарелками у стенок колонны змеевиками по винтовой линии по направлению вращения газопарожидкостного слоя на тарелке, а змеевик снабжен патрубками для ввода и вывода хладагента, при этом патрубок для ввода подсоединен к нижнему витку змеевика, а патрубок для отвода к верхнему витку.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
