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 ректификации, абсорбции и промывке газом. Цель изобретения - повышение эффективности массообмена за счет поперечного перемешивания жидкости на дополнительных тарелках при радиальном движении жидкости от периферии к центру. В колонне поярусно и поочередно расположены основные тарелки с арочными прорезями, тангенциально 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, выполнены участки арочных прорезей с осями, направленными под острым углом к радиусам, участки имеют форму секторов, равномерно расположенных на тарелках, на промежуточных тарелках над сливными трубами установлены сепараторы в виде перфорированных труб, в периферийных частях промежуточных тарелок - колонны, где выполнены арочные прорези с тангенциально направленными и наклоненными под острым углом к радиусу осями. 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, может быть использовано в процессах ректификации, абсорбции, промывки газом и найти применение в химической, нефтехимической, газовой и других отраслях промышленности. Целью изобретения является повышение эффективности массообмена за счет поперечного перемещения жидкости на дополнительных тарелках при радиальном движении жидкости от периферии к центру. 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 (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 цилиндрических колец 5 и 6, установленных с зазором относительно плиты 2, увеличивающимся и 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 тарелки 2 (фиг. 8), соприкасающиеся со стенкой корпуса 1, выполнены радиальные и прерывистые разрезы по окружности с образованием лепестков 8, отогнутые 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 тарелками 2. По высоте цилиндрического корпуса 1 установлены дополнительные промежуточные тарелки 10 в виде горизонтальных плит с арочными прорезями 11 выпуклостью вверх, расположенными по концентрическим окружностям с направлением осей арочных прорезей 11, и меняющимися от тангенциального в периферийной 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. На части тарелок, ограниченной секторами 12, равномерно расположенными на тарелках, выполнены арочные прорези 11 с тангенциально направленными осями в периферийной части, а на остальной части секторов тарелок арочные прорези 13, расположенные по концентрическим окружностям с осями арочных прорезей, выполненными под одинаковыми острыми углами к радиусам, промежуточным между тангенциальными и радиальными направлениями. Причем свободные сечения арочных прорезе 11 и 13 для прохода газа (пара) на тарелках 10 больше, чем свободное сечение арочных прорезей 3 и 9 основных тарелок 2. К центру промежуточной тарелки 10 прикреплена верхним кольцом центральная сливная тарелка 4, опускающаяся в центр нижерасположенной основной тарелки 2. В центральную сливную трубу 4 сверху вставлена крестовина 14, выступающая над тарелкой 10. На крестовину установлен сепаратор 15 в виде цилиндра, в боковых стенках которого выполнены вырубным методом лопатки 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 10 выполнена удлиненной и опущена в гидрозатвор (на чертеже не показано). 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 10, проходит через арочные прорези 11 и 13 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 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, и взаимодействует с потоком газа (пара), выходящим из арочных прорезей 13, направленных под острым углом к радиусу. В результате этого происходит перекрестное соударение потоков газа (пара) и поперечное перемешивание жидкости по отношению к основному направлению движения жидкости от периферии к центру на тарелке 10, а поперечное перемешивание жидкости способствует повышению эффективности массообмена. Далее газ (пар) проходит через окна в сепаратор 15 с радиально отогнутыми лопатками 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 сенатора 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 10 и т.д. На самую верхнюю основную тарелку жидкость подается по трубе через патрубок 18. В периферийной части тарелки 2 у стенки колонны 1 вращающийся поток жидкости под действием сил инерции отражается от лепестков 8, отогнутых вверх навстречу потоку, и стекает на нижележащую промежуточную тарелку 10. Как на основной 2, так и на промежуточной тарелке 10 в периферийной части тарелки происходит интенсивное взаимодействие вращающегося потока жидкости с газом (паром). На тарелке 2 стекает только жидкость в прорезях между лепестками 8, а на тарелке 10 через арочные прорези 11 с тангенциально направленными осям проходит только газ (пар), причем в обоих случаях благодаря принципу взаимодействия газа (пар) с жидкостью не требуется уплотнение между тарелками 2 и 10 и стенкой 1 колонны. Это 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 обеспечивает значительное увеличение допустимых нагрузок по газу (пару) и жидкости без брызгоуноса по сравнению с барботажными тарелками. В периферийной части промежуточной тарелки 10 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, так как свободное сечение арочных прорезей 11 и 13 тарелок 10 немного больше, чем свободное сечение арочных прорезей 3 и 9 тарелок 2. В результате на тарелках 10 будет преобладать смешанный струйно-барботажный режим работы с высокой пропускной способностью по газу (пара) и жидкости при поперечном перемешивании жидкости, с высоким газо-(паро)-жидкостным слоем и с высокой эффективностью массообмена (эффективность по Мерфри). 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 и клапанными тарелками при сопоставимых условиях и эффективность массообмена в 1,15 1,25 раза выше эффективности колонн с барботажными тарелками. Это позволяет при реконструкции существующих колонн с барботажными тарелками с целью наращивания мощностей в кратное число раз увеличивать производительность и высвобождать колонны, в то время как замена барботажных тарелок центробежно-вихревыми тарелками с регулярно вращающимся потоком обеспечивает увеличение производительности 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 (эффективности по Мерфри) при скоростях газа (пара) ниже оптимальных. Технические преимущества предлагаемой колонны для тепломассообменных процессов между газом (паром) и жидкостью заключаются в повышении эффективности массообмена за счет поперечного перемешивания жидкости при радиальном движении ее от периферии к центру и за счет турбулизации газа (пара) при перекрестном соударении струй газа (пара). Преимущества предлагаемой колонны заключаются в повышении частоты продуктов разделения за счет повышения эффективности массообмена промежуточных тарелок или уменьшения необходимого флегмового отношения при той же чистоте продуктов разделения, что обеспечит уменьшение расхода греющего водяного пара из котельной. Ожидаемый экономический эффект от использования изобретения может быть обеспечен за счет уменьшения расхода греющего пара на ректификацию при более высокой эффективности разделения колонны и возможности уменьшения рабочего флегмового отношения.
Формула изобретения
Колонна для тепломассообменных процессов между газом (паром) и жидкостью по авт.св. N 1464327, отличающаяся тем, что, с целью повышения эффективности процесса массообмена за счет поперечного перемешивания жидкости на дополнительных тарелках при радиальном движении жидкости от периферии к центру, дополнительные тарелки имеют дополнительные арочные прорези, расположенные под одинаковыми острыми углами к радиусам, промежуточным между тангенциальными и радиальными направлениями осей арочных прорезей, при этом дополнительные арочные прорези и арочные прорези с радиальными направлениями осей расположены с чередованием на равномерно расположенных секторных частях дополнительной тарелки.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
