Колонна для тепломассообменных процессов

 

Изобретение может быть использовано для взаимодействия систем газ(пар)-жидкость в условиях проведения процессов абсорбции, ректификации, промывки газов в химической, нефтехимической, газовой и смежных с ними отраслях промышленности. Сущность изобретения: колонна для теплообменных процессов содержит вертикальный цилиндрический корпус, в котором по вы- соте поярусно расположены центробежные контактные тарелки с перфорациями в виде арочных прорезей выпуклостью вверх, и вертикально установленную на ребро на каждой тарелке спираль Архимеда из полосового материала, расходящуюся от центральной сливной трубы к периферии, под каждой тарелкой установлена центростремительная контактная тарелка с перфорациями в виде арочных прорезей выпуклостью вверх, на каждой центростремительной контактной тарелке в центре установлена центральная сливная труба круглого сечения, нижняя кромка которой отстоит от нижерасположенной центробежной тарелки на величину, равную одной четверти внутреннего диаметра сливной центральной трубы, и абсолютно симметрично спираль Архимеда, как и на центробежной тарелке, на центростремительных тарелках в периферийной части спирали Архимеда плотно примыкают к стенкам корпуса, в периферийной части каждой центробежной тарелки в месте примыкания спирали Архимеда к стенке корпуса выполнено отверстие треугольного сечения, в которое плотно вмонтирован сливной канал треугольного сечения, верхняя кромка которого расположена ниже верхней кромки спирали Архимеда, причем высота верхнего среза канала плавно изменяется вдоль спирали Архимеда и наибольшая в месте ее примыкания к корпусу, а нижняя кромка грани канала, самой близкой к месту примыкания спирали Архимеда к стенке корпуса, отстоит от нижерасположенной центростремительной тарелки на величину, равную частному от деления площади поперечного сечения сливного канала на его смоченный периметр, расстояние остальных нижних кромок канала от плиты центростремительной тарелки увеличивается вдоль спирали Архимеда, верхняя кромка центральной трубы на центростремительной тарелке расположена ниже верхней кромки спирали Архимеда, оси арочных прорезей на центробежных тарелках направлены от центра к периферии под острым углом к касательной к спирали Архимеда в сторону расположения центра кривизны спирали Архимеда, а на центростремительных тарелках оси арочных прорезей направлены от периферии к центру под острым углом к касательной и спирали Архимеда в сторону расположения центра кривизны спирали Архимеда. Изобретение позволяет повысить эффективность массообмена между газом (паром) и жидкостью за счет уменьшения продольного перемешивания жидкости на тарелке и увеличения времени пребывания жидкости на тарелке в контакте с газом (паром). 8 ил.

Изобретение относится к конструкциям массообменных колонн для взаимодействия между газом (паром) и жидкостью в условиях абсорбции, ректификации, промывки газов, особенно при малых удельных нагрузках по жидкости и больших удельных нагрузках по газу (пару), а именно в условиях вакуумной ректификации, и может найти применение в химической, нефтехимической, газовой, пищевой и смежных отраслях промышленности.

Известна колонна с колпачковыми тарелками, с диаметральным переливом жидкости, каждая тарелка представляет диск с диаметрально расположенными приемным и сливным карманами, снабженными сливными и переливными трубами, паровыми патрубками и колпачками, расположенными на плите тарелки (Касаткин А. Г. Основные процессы химической технологии. М.: Химия, 1971, с. 447).

Недостатком известной колпачковой тарелки является низкая эффективность массообмена по Мерфри вследствие продольного перемешивания жидкости, близкого к модели полного перемешивания жидкости на тарелке.

Наиболее близкой к заявляемой по технической сущности и достигаемому эффекту является колонна для тепломассообменных процессов, включающая вертикальный цилиндрический корпус, в котором по высоте поярусно расположены центробежные перфорированные контактные тарелки, и вертикально установленную на ребро на каждой тарелке спираль Архимеда из полосового материала, расходящуюся от центральной сливной трубы к периферии (а.с. СССР N 845309, кл. B 01 D 3/20, 3/30, 1984).

Целью заявляемого изобретения является повышение эффективности массообмена тарелок колонны по Мерфри за счет увеличения времени пребывания жидкости на тарелках в контакте с газом (паром) и уменьшения продольного перемешивания жидкости на тарелках.

Цель достигается тем, что в колонне для теплообменных процессов, содержащей вертикальный цилиндрический корпус, в котором по высоте поярусно расположены центробежные контактные тарелки с перфорациями в виде арочных прорезей выпуклостью вверх, и вертикально установленную на ребро на каждой тарелке спираль Архимеда из полосового материала, расходящуюся от центральной сливной трубы к периферии, под каждой тарелкой установлена центростремительная контактная тарелка с перфорациями в виде арочных прорезей выпуклостью вверх, на каждой центростремительной контактной тарелке в центре установлена центральная сливная труба круглого сечения, нижняя кромка которой отстоит от нижерасположенной центробежной тарелки на величину, равную одной четверти внутреннего диаметра сливной центральной трубы, и абсолютно симметрично спираль Архимеда, как и на центробежной тарелке, на центростремительных тарелках в периферийной части спирали Архимеда плотно примыкают к стенкам корпуса, в периферийной части каждой центробежной тарелки в месте примыкания спирали Архимеда к стенке корпуса выполнено отверстие треугольного сечения, в которое плотно вмонтирован сливной канал треугольного сечения, верхняя кромка которого расположена ниже верхней кромки спирали Архимеда, причем высота верхнего среза канала плавно изменяется вдоль спирали Архимеда и наибольшая в месте ее примыкания к корпусу, а нижняя кромка грани канала, самой близкой к месту примыкания спирали Архимеда к стенке корпуса, отстоит от нижерасположенной центростремительной тарелки на величину, равную частному от деления площади поперечного сечения сливного канала на его смоченный периметр, расстояние остальных нижних кромок канала от плиты центростремительной тарелки увеличивается вдоль спирали Архимеда, верхняя кромка центральной трубы на центростремительной тарелке расположена ниже верхней кромки спирали Архимеда, оси арочных прорезей на центробежных тарелках направлены от центра к периферии под острым углом к касательной к спирали Архимеда в сторону расположения центра кривизны спирали Архимеда, а на центростремительных тарелках оси арочных прорезей направлены от периферии к центру под острым углом к касательной и спирали Архимеда в сторону расположения центра кривизны спирали Архимеда.

Предлагаемая конструкция колонны для тепломассообменных процессов за счет своих отличительных признаков обеспечивает решение поставленной технической задачи - повышение эффективности массообмена тарелки по Мерфри.

На фиг. 1 представлен продольный разрез колонны для тепломассообменных процессов.

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. 2.

На фиг. 5 - разрез Г-Г на фиг. 2.

На фиг. 6 - вид Д-Д на фиг. 2.

На фиг. 7 - вид Е-Е на фиг. 3.

На фиг. 8 - разрез Ж-Ж на фиг. 2.

Колонна для тепломассообменных процессов для взаимодействия между газом (паром) и жидкостью содержит вертикальный цилиндрический корпус 1, в котором по высоте поярусно установлены одна под другой горизонтальные центробежные 2 и центростремительные 3 перфорированные контактные тарелки, на каждой тарелке 2 и 3 установлена на ребро из полосового материала спираль Архимеда 4, расходящаяся от начальной окружности в центре до стенки корпуса 1 на периферии с промежуточными креплениями к тарелкам 2 и 3 болтами 5, на каждой центростремительной тарелке 3 в центре смонтирована сливная труба 6 круглого сечения, верхняя кромка которой расположена ниже верхней кромки спирали Архимеда 4, а нижняя кромка отстоит от нижерасположенной центробежной тарелки 2 на высоту, равную одной четверти внутреннего диаметра сливной трубы 6, в периферийной части каждой центробежной тарелки 2 в местах примыкания спирали Архимеда 4 к стенке корпуса 1 вмонтирован сливной канал 7 треугольного поперечного сечения, верхняя кромка которого расположена ниже верхней кромки спирали Архимеда 4, причем высота верхнего среза сливного канала 7 плавно изменяется вдоль спирали Архимеда 4 от наибольшего значения в месте ее примыкания к корпусу 1, а нижняя кромка грани канала 7 , самой близкой к месту примыкания спирали Архимеда 4 к корпусу 1, отстоит от нижерасположенной центростремительной тарелки 3 на величину, равную частному от деления площади поперечного сечения сливного канала 7 на его смоченный периметр, расстояние остальных нижних кромок канала 7 от центростремительной тарелки 3 плавно увеличивается вдоль спирали Архимеда, перфорации центробежных тарелок 2 выполнены в виде арочных прорезей 8 выпуклостями вверх с осями, направленными от центральной сливной трубы 6 к периферии под острым углом к касательным к спирали Архимеда 4 в сторону расположения центра кривизны спирали Архимеда 4, перфорации центростремительных тарелок 3 выполнены в виде арочных прорезей 9 выпуклостями вверх с осями, направленными от периферийного сливного канала 7 к центру под острым углом к касательным к спирали Архимеда 4 в сторону расположения центра кривизны спирали Архимеда 4. Направления осей арочных прорезей 8 и 9 в сторону расположения центров кривизны спиралей Архимеда 4 обеспечивают уменьшение действия центробежных сил на жидкость выходящего пара (пара) их арочных прорезей 8 и 9, что способствует равномерному распределению жидкости между спиралями Архимеда 4 на тарелках 2 и 3.

Косые срезы верхних и нижних кромок треугольного сливного канала 7 вдоль спиралей Архимеда 4 обеспечивают равномерное наполнение канала 7 при переливе и сливе жидкости в сужающемся сечении между спиралью Архимеда 4 и корпусом 1, что способствует максимальной пропускной способности канала 7 при его минимальных поперечных сечениях.

Колонна работает следующим образом.

Газ (пар) подается в колонну 1 снизу вверх, проходит через арочные прорези 8 и 9 в тарелках 2 и 3 и увлекает находящуюся на них жидкость, сообщая ей часть кинетической энергии, при этом жидкость совершает однонаправленное движение с газом (паром) на центробежных тарелках 2 от центра к периферии, а на центростремительных тарелках 3 - от периферии к центру. Благодаря направленному движению жидкости под действием кинетической энергии газа (пара) на тарелках 2 и 3 не образуются градиенты высоты слоя жидкости на всем ее пути движения между спиралями Архимеда 4 от приемного к сливному карману, при этом высота слоя газо(паро)-жидкостного потока будет постоянной как в поперечном, так и в продольной направлениях, жидкость будет совершать длинный путь движения, намного больший диаметра тарелки, что обеспечивает увеличение времени пребывания жидкости на тарелках в контакте с газом (паром), что, как известно, способствует повышению общей эффективности массообмена тарелок по Мерфри. Кроме того, увеличение длины пути движения жидкости по узкому каналу между спиралями Архимеда 4 на тарелках 2 и 3 приводит к увеличению линейной скорости движения жидкости, что, как известно, способствует уменьшению продольного перемешивания жидкости на тарелке, увеличению движущей силы процесса тепломассообмена между газом (паром) и жидкостью, приближению структуры потока жидкости на тарелки к модели идеального вытеснения вдоль канала при полном перемешивании жидкости по высоте контактного слоя на тарелках, что также приводит к повышению эффективности массообмена тарелок по Мерфри.

Формула изобретения

Колонна для тепломассообменных процессов, содержащая вертикальный цилиндрический корпус, в котором по высоте поярусно расположены центробежные контактные тарелки с перфорациями в виде арочных прорезей выпуклостью вверх и вертикально установленные на ребро на каждой тарелке спираль Архимеда из полосового материала, расходящуюся от центральной сливной трубы к периферии, отличающаяся тем, что под каждой тарелкой установлена центростремительная контактная тарелка с перфорациями в виде арочных прорезей выпуклостью вверх, на каждой центростремительной контактной тарелке в центре установлена центральная сливная труба круглого сечения, нижняя кромка которой отстоит от нижерасположенной центробежной тарелки на величину, равную одной четверти внутреннего диаметра сливной центральной трубы, и абсолютно симметрично спираль Архимеда, как и на центробежной тарелке, на центростремительных тарелках в периферийной части спирали Архимеда плотно примыкают к стенкам корпуса, в периферийной части каждой центробежной тарелки в месте примыкания спирали Архимеда к стенке корпуса выполнено отверстие трехугольного сечения, в которое плотно вмонтирован сливной канал трехугольного сечения, верхняя кромка которого расположена ниже верхней кромки спирали Архимеда, причем высота верхнего среза канала плавно изменяется вдоль спирали Архимеда и наибольшая в месте ее примыкания к корпусу, а нижняя кромка грани канала самой близкой к месту примыкания спирали Архимеда к стенке корпуса отстоит от нижерасположенной центростремительной тарелки на величину, равную частному от деления площади поперечного сечения сливного канала на его смоченный периметр, расстояние остальных нижних кромок канала от плиты центростремительной тарелки увеличивается вдоль спирали Архимеда, верхняя кромка центральной трубы на центростремительной тарелке расположена ниже верхней кромки спирали Архимеда, оси арочных прорезей на центробежных тарелках направлены от центра к периферии под острым углом к касательной к спирали Архимеда в сторону расположения центра кривизны спирали Архимеда, а на центростремительных тарелках оси арочных прорезей направлены от периферии к центру под острым углом к касательной и спирали Архимеда в сторону расположения центра кривизны спирали Архимеда.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6, Рисунок 7, Рисунок 8