Установка для тепломассообменных процессов с горизонтальным противотоком газа и жидкости

 

Изобретение может быть использовано для осуществления процессов ректификации, абсорбции, десорбции и теплообмена в химической, нефтехимической и пищевой отраслях промышленности. Изобретение позволяет повысить производительность путем использования для эжекции части потока легкой фазы и перекачки тяжелой фазы в виде потока жидкости. В горизонтальном корпусе 1 последовательно установлены барботажные перегородки 2 и сепаратные перегородки 4, образующие зазор относительно верхней стенки корпуса 1. В перекачивающей трубке 5 расположено эжекторное сопло 8. В каждой секции 3 корпуса 1 попарно на одной оси 10 поворота установлены ограничительные перегородки 11,12, часть трубки 5 с эжекторным соплом 8 размещена в усеченной пирамиде 14, образованной двумя трапециевидными фрагментами перегородок 2,4 и размещенными между ними первыми ограничительными перегородками соседних пар. Вторые ограничительные перегородки этих пар повернуты в одну и ту же сторону, так что выходное отверстие 7 трубки 5 расположено за пределами образованного ими коридора. Нижние кромки перегородок погружены в жидкость. Бортовые перегородки 17 расположены между осями 10, верхней стенкой корпуса 1 и барботажными перегородками 2. 5 з.п.ф-лы, 4 ил.

Предложение относится к конструкциям для тепломассообмена и может быть использовано для осуществления процессов ректификации, абсорбции, десорбции и теплообмена в химической, нефтехимической и пищевой отраслях промышленности.

Известна ректификационная колонна, состоящая из разъемных секций, соединенных между собой паровыми и переточными линиями с вмонтированными в них тарелками (патент RU N 2049513, кл. В 01 D 3/20, 1995).

Недостатком ректификационных колонн с вертикальным противотоком является сложность их сооружения и большие габариты, обусловленные тем, что используемый в них принцип слива текучих смесей не позволяет сократить расстояния между секциями.

Наиболее близкой к предложенной является установка для тепломассообменных процессов с горизонтальным противотоком газа и жидкости, содержащая полый корпус с последовательно установленными в нем барботажными перегородками, имеющими барботажные отверстия в нижней части и разделяющими корпус на секции, и с установленными в корпусе между ними сепаратными перегородками, перекачивающие патрубки, сообщающие секции корпуса, и эжекторные сопла, закрепленные в размещенных в каждой секции профилированных переливных перегородках (авторское свидетельство СССР N 319317, кл. В 01 D 3/20, опубл. 1971 г.).

Недостатком известной установки является низкая производительность, обусловленная тем, что общий поток легкой фазы через установку ограничен размерами сопел, а также тем, что перенос тяжелой фазы (жидкости) с помощью эжекции осуществляется в виде дисперсной фазы, содержащей на перегородках и стекающей вниз в виде пленки.

Технический результат предложения заключается в повышении производительности вследствие того, что поток легкой фазы организован в нем таким образом, что, пройдя стадию барботажа, на эжекцию поступает только часть общего потока, а тяжелая фаза перекачивается из секции в секцию в виде потока жидкости.

Технический результат достигается тем, что в установке для тепломассообменных процессов с горизонтальным противотоком газа и жидкости, содержащей полый корпус с последовательно установленными в нем барботажными перегородками, имеющими барботажные отверстия в нижней части и разделяющими корпус на секции, и установленными в корпусе между ними сепаратными перегородками, перекачивающие трубки и эжекторные сопла, перекачивающие трубки расположены в нижней части корпуса и пропущены сквозь барботажные перегородки, входной патрубок уровня каждой трубки размещен в одной секции, а выходное отверстие - в сепаратной перегородке другой секции, а эжекторные сопла расположены внутри перекачивающих трубок и сообщают часть этой секции с выходным отверстием трубки, а установка снабжена ограничительными перегородками, установленными в корпусе по паре на одной оси в каждой секции корпуса по одной между соответствующими барботажной и сепаратной перегородками, и бортовыми перегородками, каждая ось расположена на уровне верхней кромки сепаратной перегородки в плоскости бортовой перегородки, так что часть перекачивающей трубки с эжекторным соплом размещена в улавливающей камере, образованной фрагментами нижней и верхней стенок корпуса и барботажной и сепаратной перегородок и размещенными между ними первыми ограничительными перегородками соседних пар, вторые ограничительные перегородки этих пар смещены относительно первых так, что выходное отверстие перекачивающей трубки расположено за пределами образованного ими коридора, а нижние кромки этих перегородок предназначены для погружения в жидкость, а каждая из бортовых перегородок расположена между соответствующей осью, верхней стенкой корпуса и соответствующими барботажными перегородками.

Кроме того, вторые ограничительные перегородки могут быть установлены на осях с возможностью поворота вокруг них.

Кроме того, улавливающая камера имеет форму усеченной пирамиды с верхним большим основанием, а фрагменты перегородок имеют форму трапеций.

Кроме того, барботажная и сепаратная перегородки могут быть перпендикулярны стенкам корпуса и осям, а ограничительные перегородки могут иметь прямоугольную форму.

На фиг. 1 показана схема установки в продольном разрезе; на фиг.2 - то же, в поперечном разрезе; на фиг. 3 - то же, в аксонометрии; на фиг.4 - элемент установки вблизи боковой стенки, в аксонометрии.

Установка для тепломассообменных процессов с горизонтальным противотоком газа и жидкости содержит полый корпус 1 с последовательно установленными в нем барботажными перегородками 2, разделяющими корпус 1 на секции 3. Между барботажными перегородками 2 с зазором относительно верхней стенки корпуса 1 установлены сепаратные перегородки 4. Перегородки 2 и 4 перпендикулярны стенкам корпуса 1.

В нижней части корпуса 1 расположены перекачивающие трубки 5. Входной патрубок 6 уровня трубки 5 расположен в одной секции 3, последующей по ходу легкой фазы, трубка 5 пропущена сквозь барботажную перегородку 2, а выходное отверстие 7 расположено в сепаратной перегородке 4 другой, соседней секции 3, предыдущей по ходу легкой фазы. Внутри каждой перекачивающей трубки 5 расположено эжекторное сопло 8, которое сообщает часть этой следующей секции 3 с выходным отверстием 7 перекачивающей трубки 5.

В нижней части барботажных перегородок 2 имеются барботажные отверстия 9.

В каждой секции 3 по паре на одной оси 10 установлены прямоугольные ограничительные перегородки 11, 12 по одной между соответствующими перегородками 2, 4. Каждая ось 10 расположена на уровне верхней кромки 13 сепаратной перегородки 4 перпендикулярно последующей.

Часть каждой перекачивающей трубки 5 с эжекторным соплом 8 размещена в улавливающей камере 14, имеющей форму усеченной пирамиды с большим верхним основанием. Улавливающая камера 14 образована четырехугольными фрагментами (прямоугольники) нижней и верхней стенок корпуса 1, четырехугольными фрагментами (трапеции) параллельных барботажной и сепаратной перегородок 2 и 4 и размещенными между ними первыми ограничительными перегородками 11 соседних пар. Вторые ограничительные перегородки 12 этих пар смещены относительно первых: они повернуты вокруг своих осей 10 в одну и ту же сторону на больший угол, чем первые, так что выходное отверстие 7 перекачивающей трубки 5 расположено за пределами образованного ими коридора 15. Нижние кромки ограничительных перегородок 12 погружены в жидкость 16.

Каждая из бортовых перегородок 17 расположена между соответствующей осью 10, которая лежит в его плоскости, верхней стенкой корпуса 1 и соответствующими барботажными перегородками 2.

Вблизи боковых стенок 18 корпуса 1 возможность поворота вторых ограничительных перегородок 12 ограничена, так как крайняя ось 10 лежит в плоскости боковой стенки 18, а установленная на ней вторая ограничительная перегородка 12 образована частью этой стенки 18. В части секции 3, предыдущей по отношению к части другой секции 3, в которой установлена указанная вторая ограничительная перегородка 12, между барботажной и сепаратной перегородками 2 и 4 размещена дополнительная перегородка 19 вблизи этой боковой стенки 18 корпуса 1. Дополнительная перегородка 19 имеет возможность поворота вокруг оси 20, параллельной осям 10 ограничительных перегородок 11 и 12.

Напротив выходных отверстий 7 перекачивающих трубок 5 на барботажных отверстиях 9 установлены патрубки 21, изогнутые в сторону от выходного отверстия 7, чтобы выходящий из них поток легкой фазы не создавал сопротивления выходящему из трубок 5 потоку тяжелой фазы.

Выше описан один элемент установки, состоящий из трубки 5, улавливающей камеры 14 и коридора 15. Установка содержит множество таких элементов, распределенных равномерно вдоль корпуса 1 в разных секциях 3 и поперек корпуса 1 внутри каждой секции 3. Причем эти элементы размещены предпочтительно в шахматном порядке.

Установка работает следующим образом.

Легкая фаза (газ) поступает в секцию 3 через барботажные отверстия 9. Часть потока легкой фазы попадает в коридор 15, образованный вторыми ограничительными перегородками 12, из него - в камеру, образованную бортовыми перегородками 17, верхними частями барботажных перегородок 2 и верхней стенкой корпуса 1, и из этой камеры - в полость повышенного давления - улавливающую камеру 14. Отсюда поток легкой фазы поступает в эжекторное сопло 8, эжектирует за собой тяжелую фазу (жидкость 16) через перекачивающую трубку 5. Плотность легкой фазы в этом рабочем русле в силу его автономности обеспечивается такой, чтобы совершить работу по перемещению тяжелой фазы.

Основной поток легкой фазы, не попавшей в коридор 15, перетекает из секции в секцию через барботажные отверстия 9.

Установка работает по принципу струйных аппаратов, где исключается всякая утечка нагнетающего вещества - легкой фазы. Для этого вся система рабочего русла должна быть замкнутой. Для этого концы перегородок 12 опускаются в тяжелую фазу барботажного слоя, перекрывая контакт рабочего русла с основным потоком легкой фазы. Композиционную систему перегородок 11, 12 можно менять как угодно, но так, чтобы вывести эжекторное сопло 8 за пределы участка между регулирующими ограничительными перегородками 12 в зону наименьшего давления и использовать выход эжекторной струи с наибольшей эффективностью.

Если приподнять перегородки 12 над уровнем тяжелой фазы, то часть потока легкой фазы будет уходить в щели между перегородками 12 и жидкостью. Меняя угол отклонения перегородок 12, можно регулировать количество легкой фазы, поступающей в рабочее русло, и выбирать таким образом оптимальный режим работы колонны. Вблизи боковых стенок 18 корпуса 1 эта регулировка осуществляется поворотом дополнительной перегородки 19.

Таким образом, общий поток легкой фазы периодически разделяется на два автономных русла с разной плотностью потоков легкой фазы, в результате чего создаваемый перепад давления является достаточным для того, чтобы часть потока легкой фазы была способна совершить работу по перемещению тяжелой фазы в нужном направлении, объеме, с нужной скоростью передвижения и по качественному и четкому разделению по фракциям. При этом отсутствуют инжекционные элементы, так как все пространство между частями каждой секции является инжекционным элементом, что увеличивает во много раз пропускную способность.

Предлагаемая установка объединяет в себе преимущества вертикальных ректификационных колонн (высокая производительность) и горизонтальных (снижение габаритов и удобство в эксплуатации). Она является универсальной и может использоваться для получения отдельных фракций (ректификация), индивидуальных углеводородов (в нефтехимии), окиси этилена, акрилонитрила, капролактама, акрилхлолрсиланов (в химической промышленности), цветных металлов, лесохимикатов, химикофармацевтических препаратов, в коксохимической и пищевой промышленности.

Формула изобретения

1. Установка для тепломассообменных процессов с горизонтальным противотоком газа и жидкости, содержащая полый корпус с последовательно установленными в нем барботажными перегородками, имеющими барботажные отверстия в нижней части и разделяющими корпус на секции, и установленными в корпусе между ними сепаратными перегородками, перекачивающие трубки и эжекторные сопла, отличающаяся тем, что перекачивающие трубки расположены в нижней части корпуса и пропущены сквозь барботажные перегородки, входной патрубок уровня каждой трубки размещен в одной секции, а выходное отверстие - в сепаратной перегородке другой секции, эжекторные сопла расположены внутри перекачивающих трубок и сообщают часть этой секции с выходным отверстием трубки, установка снабжена ограничительными перегородками, установленными в корпусе по паре на одной оси в каждой секции корпуса по одной между соответствующими барботажной и сепаратной перегородками, и бортовыми перегородками, каждая ось расположена на уровне верхней кромки сепаратной перегородки в плоскости бортовой перегородки, так что часть перекачивающей трубки с эжекторным соплом размещена в улавливающей камере, образованной фрагментами нижней и верхней стенок корпуса и барботажной и сепаратной перегородок и размещенными между ними первыми ограничительными перегородками соседних пар, вторые ограничительные перегородки этих пар смещены относительно первых так, что выходное отверстие перекачивающей трубки расположено за пределами образованного ими коридора, нижние кромки этих перегородок предназначены для погружения в жидкость, а каждая из бортовых перегородок расположена между соответствующей осью, верхней стенкой корпуса и соответствующими барботажными перегородками.

2. Установка по п.1, отличающаяся тем, что вторые ограничительные перегородки установлены на осях с возможностью поворота вокруг них.

3. Установка по п.1 или 2, отличающаяся тем, что улавливающая камера имеет форму усеченной пирамиды с верхним большим основанием, а фрагменты перегородок имеют форму трапеций.

4. Установка по любому из пп.1 - 3, отличающаяся тем, что барботажная и сепаратная перегородки перпендикулярны стенкам корпуса и осям, а ограничительные перегородки имеют прямоугольную форму.

5. Установка по любому из пп.1 - 4, отличающаяся тем, что крайняя ось ограничительных перегородок лежит в плоскости боковой стенки корпуса, вторая ограничительная перегородка, установленная на ней, образована частью этой стенки, а установка снабжена дополнительной перегородкой, размещенной в части секции, предыдущей по отношению к части той секции, в которой установлена указанная вторая ограничительная перегородка, так что эта дополнительная перегородка имеет возможность поворота вокруг оси, параллельной осям ограничительных перегородок.

6. Установка по любому из пп.1 - 5, отличающаяся тем, что она снабжена патрубками, установленными на барботажных отверстиях напротив выходного отверстия каждой перекачивающей трубки и изогнутыми в сторону от этого отверстия.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4