Колонна для теплои массообменных процессов

 

Союз Сееетсеи

Сещиалиетииеаех республик (61) Допол (22) Заявле с присоедин (23) Приор

Гюсудврственнье неюпет

СССР не денни нзебретеннй н етнрытнй

Опубл

Дата о (72) Автор изобретения

И. П. Слободяник (71) 3аявитель

Краснодарский политехнический институт (54) KOJIOHHA ДЛЯ ТЕПЛО-МАСCOO5NEHHbIX ПРОЦЕССОВ

1 - Изобретение относится к колонным аппаратам для систем газ (пар) -жидкость, в которых жидкость движется сверху в1тиз и контактирует с газом (паром), поднимаю щимся по колонне, и может быть использовано в процессах ректификации, абсорбции, промывки газов в агрегатах большой единичной мощности, где требуется обеспечйть эффективный контакт между большими количествами газа (пара) и жидкости и в жидкой фазе имеются твердые частицы или продукты полимеризации. В настоящее время для переработки больших количеств жидкости и газа (пара) методами ректификации и абсорбции используют колонны с продольно-поперечным секционированием .потоков.

Известна тарелка, основание которой снабжено направленными элементами для прохода газа (пара) обеспечивающими вихревое движение фаз (1).

Наиболее близка по технической сущности к предложенной колонна для проведения тепло- массообменных процессов между газом (паром) и жидкостью, представляющая собой установленные в корпусе одна над другой контактные тарелки в виде горизонтальных плит с прорезями (отверстиями) для прохода сквозь них газа (пара), разделенные на отдельные секции вертикальными перегородками в виде правильных многоугольников, содержащая сливные трубы-,.-,= в центре каждой секции с отражающими дисками под сливными трубами с зазорами между сливными трубами и отражающими дисками для перелива жидкости с верхних

10 секций к периферийным зонам соответствующих нижних секций нижележащих тарелок (2) .

Такая колонна работает следующим образом.

За счет навесной траектории стекающей под действием силы тяжести жидкости из сливных труб с отражающими дисками от центра к периферии и движения жидкости от периферии к центру по поверхности секции контактной тарелки в условиях барботажа образуется двойная зона контакта фаз, -a счет дополнительной зоны контакта фаз обеспечивается повышение эффективнос массобмена контактной ступени. Таким о разом, осуществляется продольно-попере

3 . - 704639 ное -секционирование потоков газа (пара) кромку внутреннего кольца располагать нии жидкости с помо1цью отдельных йростых же нижней, кромки сливнои трубы и ниже элементов-секций, что позволяет уменьшить нижней кромки наружного кольца, а верхметаллоемкость колонн больших диаметров. нюю кромку внутреннего кольца располаНедостатком этой колонны является — недо- гать выше нижней кромки сливной трубы статочно высокие доступные нагрузки по и ниже верхней кромки наружного кольца газу (пару), лимитируемые уносом жидкости с образованием гидрозатвора при сливе жидс газом (паром) в условиях барботажного кости через сливную трубу, в центре колонны режима работы секций контактной тарелки, для обеспечения жесткости контактных таи неустойчивость работы при изменении в релок большйх диаметров устанавливать широких пределах нагрузок по газу (пару) сплошную трубу. и жидкости. 1 На фиг. 1 схематически показана часть

Цель изобретения — увелйчение произ- колонны с койтактйыми тарелками, вертиводительности и эффективности массообмена кальный разрез; на фиг. 2 — разрез А — А в колоннах больших диаметров за счет сек- йа фиг. 1; на фиг. 3 — разрез Б — Б на ционирования потоков газа (пара) и жид- фиг. 2; на фиг. 4 — разрез  — В на фиг. 3; кости на контактных тарелках и использо- 1 на фиг. 5 — разрез à — Г на фиг. 4; на ванин в секциях контактных элементов с фиг. 6 — разрез Д вЂ” Д на фиг. 4; на фиг. 7-регулярно вращающимся двухфазным по- разрез Š— E на фиг. 4; на фиг. 8 — разрез

" током. Ж вЂ” Ж на фиг. 7.

Это достигается тем, что в предложенной колонне секции выполнены в виде жестко Колонна содержит корпус 1, установленустановленных над плитои на опорных коль- ные одна над другой контактные тарелки, 26 цах дисков, равномерно размещенных в го- содержащие горизонтальные плиты 2, в отризонтальной плоскости по окружности с - верстиях которых плотно закреплены опоробразованием периферийных пространств, ные кольца 3, на которых жестко закреплены причем, центры дисков вышележащей та- горизонтальные круглые диски 4. Центральрелки смещены по отношению к центрам ная часть 5 круглого диска выполнена дисков нижележащей тарелки на угол, рав- гладкой, остальная часть диска имеет проный с! = вЂ, где и — количество дисков рези 6 для прохода газа (пара) с аркотарелки, и периферийное пространство, рас- подобными козырьками 7, расположенные положенное между дисками верхней тарелки, по концентрическим окружностям и направсоединено сливными трубами с центрами ляющие струи проходящего через прорези дисков нижележащеи тарелки с образова- газа (пара) тангенциально к диску, в одну

ЗО нием зазора между нижней кромкой сливной сторону и под некоторым углом к плоскости трубы и центром диска: диска. На стороне диска для приема жидкости установлены отбойные пластины 8, Целесообразно в колонне над каждым изогнутые в форме спиралей Архимеда, расдиском устанавливать сепарационное кольцо з ходящиеся от центра диска.и закрученные — выполненное с диаметром, большим, чем в сторону, соответствующую направлению диаметр диска, на круглых дисках выпол- струй газа (пара), обеспеченному аркопонять прорези для прохода газа (пара) с добными козырьками 7 прорезей 6. Над кажаркоподобными козырьками, расположен- дым диском 4 коаксиально установлены сеные таким образом, что они направляют парационные кольца 9 несколько большего струи проходящего через прорези. газа (па- диаметра, чем диск, с некоторым зазором 10

40 ра) тангенциально к диску, под некоторым между сепарационным кольцом 9 и диском 4 углом к его поверхности и в одну сторону. для слива жидкости. В цейтры каждого

На стороне диска, предназначенной для при- диска подведены сливные трубы 11 с зазоема жидкости, для дополнительной турбули- ром 12 между нижней кромкой 13 сливной . зации фаз и интенсификации массообмена и трубы 11 и гладкой частью 5 диска. Трубы 11 целесообразно устанавливать отбойные плас- соединяют периферийные части плиты 2 межтины, изогнутые в форме спиралей Архимеда ду опорными кольцами 3 с дисками 4 верхрасходящиеся от центра диска и закручен- ней тарелки. Вокруг каждой сливной трубы ные в сторону, соответствующую направле- 11 коаксиально установлены два кольца: нию струи газа (пара), обеспеченному арко- внутреннее 14 и наружное 15, с зазором 16

$O подобными козырьками прорезеи, а в центре между внутренним кольцом 14 и гладкой каждого диска над его гладкой частью для частью 5 диска 4 и зазором 17 между напредупреждения образования застойных ружным кольцом 15 и гладкой частью 5 зон, забивания гидрозатвора твердыми час- диска 4, причем, нижняя кромка 18 внутрентицами или продуктами полимеризации и него кольца 14 расположена ниже нижней уменьшения времени пребывания жйдкости И кромки 13 сливной трубы 11 и ниже нижней ф в зоне гидрозатвора вокруг сливной трубы кромки 19 наружного кольца 15, а верхняя опускающейся к центру диска, коаксиально кромка 20 внутреннего кольца 14 располо устанавливать два кольца, причем нижнюю . жена выше нижней кромки 13 сливной труi;

i"- I

Л. — ""ЬI

704639

20

З0

3s

Формула изобретения

$O

55 бы 11 и ниже верхней кромки 21 наружного кольца 15, так что при сливе жидкости через сливную трубу 11 образуется гидрозатвор. Над кольцами 14 и 15 вокруг сливной трубы 11 установлен отбойный диск 22 одинакового диаметра с наружным кольцом 15 и на некотором расстоянии от наруж- ного кольца 15. Сепарационные кольца 9 прикреплены к дискам 4 кронштейнами 23, а кольца 14 и 15 между собой жестко скреплены стержнями 24 и с гладкой частью диска 5 — стержнями 25. В центре колонны установлена сплошная труба 26 для крепления опорныМ конструкций тарелок.

Колонна работает следующим образом.

Жидкость стекает с периферийных частей плит 2 верхней тарелки по сливным трубам 11 на гладкую часть 5 дисков 4.

При этом жидкость заполняет объем внутреннего кольца 14, часть жидкости проходит через кольцевой зазор 16, остальная часть жидкости перетекает через верхнюю кромку 20 кольца 14 в межкольцевое пространство колец 14 и 15 и через зазор 17 поступает на контактную поверхность диска 4. Таким образом, при сливе жидкости по сливной трубе внутреннее кольцо 14 заполнено жидкостью и сливная труба погружена в жидкость, т. е. обеспечен гидрозатвор, Однако, при прекращении подачи на диск 4 жидкости последняя будет полностью стекать с диска 4 и его гладкой части 5, при этом на диске не будут оставаться твердые частицы или продукты полимеризации. Кроме того, при сливе жидкости по сливной трубе 11 и далее через кольцевой зазор 16 кольца 14 и зазор 17 кольца 15 за счет кинетической энергии стекающей жидкости последняя будет двигаться в радиальном направЛении диска 4, что будет способствовать значительному уменьшению градиентов высотЬ| слоя жидкости в радиальном направлении диска 4 и более равномерному распределению жидкости и газа (пара) по сечению диска 4.

Это в конечном итоге приводит, как известно, к повышению эффективности массообмена контактной ступени. Газ (пар) поступает снизу, проходит через прорези 6 с аркоподобными козырьками 7 и с тангенциально направленными осями, отдает часть кинетической энергии поступающей из центра диска 4 жидкости, в результате образуется регулярно вращающийся двухфазный поток на контактной поверхности диска 4, при этом жидкость совершает сложное радиально-кольцевое движение в горизонтальной плоскости от центра к периферии, а газ (пар) — винтообразное движение вверх (направления движения потоков жидкости и газа показаны стрелками).

Вращающийся двухфазный поток отражается от криволинейных отбойных пластцн 8, изогнутых в форме спиралей Архимеда.

Происходит дополнительная турбулизация газового (парового) потока, диспергирование жидкости, перекрестные соударения элементарных объемов газа (пара) и жидкости, многократное обновление и увеличение межфазной поверхности, что приводит к интенсификации массообмена в фазах и к повышению эффективности массообмена контактной ступени. Сепарационное кольцо 9 формирует отдельный контактный элемент вращающегося потока, как секцию контактной тарелки, способствует разделению газа (пара) и жидкости, при этом газ (пар) совершает винтообразное движение вверх, а жидкость, отражаясь от стенок сепарационного кольца 9 стекает через кольцевой зазор 10 на плиту 2 в пространства между опорными кольцами 3, откуда по сливным трубам 11 стекает в центры дисков 4 нижележащей контактной тарелки и т. д.

Использование принципа секционирования контактной тарелки на отдельные секции с регулярно вращающимся потоком позволяет llo сравнению с барботажным режимом работы существующих секциони ров анных контактных тарелок повысить скорость газа (пара) в 1,5 — 2,5 раза без брызгоуноса, что выгодно для колонн больших диаметров

Применение в предложенной конструкции проточных гидрозатворов исключает образование застойных зон, способствует равномерному распределению жидкости по контактной поверхности, уменьшает время пребывания жидкости в гидрозатворе и на контактной тарелке и предотвращает протекание нежелательных процессов при разделении термически нестойких или склонных к полимеризации смесей. Все указанные преимущества предложенной конструкции колонны способствуют повышению эффективности разделения, улучшению чистоты и качества разделяемых продуктов и снижению их себестои мости.

1. Колонна для тепло- массообменных процессов между газом и жидкостью, содержащая установленные в корпусе одна над другой контактные тарелки, состоящие из горизонтальных плит, разделенных на отдельные секции с прорезями для прохода газа (пара) и сливными трубами для перелива жидкости с секций верхних тарелок на секции нижележащих тарелок, отличающаяся тем, что, с целью увеличения производительности колонны и четкости ее разделения путем секционирования больших потоков газа и жидкости, секции выполнены в виде жестко установленных над плитой на опорных кольцах дисков, равномерно размещенных в горизонтальной плоскости

704639 по окружности плиты с образованием периферийных пространств, причем, центры дисков вышележащей тарелки на угол, равный

a(= —, где п = количество дисков тарелки, т 80 и периферийное пространство, расположенное между дисками верхней тарелки, соединено сливными трубами с центрами дисков нижележащей тарелки с образованием зазора между нижней кромкой сливной трубы и центром диска.

2. Колонна по п. 1, отличающаяся тем, что над каждым диском установлено сепарационное кольцо, выполненное с диаметром, большим, чем диаметр диска.

3. Колонна по пп. 1 и 2, отличающаяся тем, что, с целью организации на каждом диске вращающегося двухфазного потока, прорези на диске выполнены с аркоподоб ными козырьками и расположены в одну сторону тангенциально к диску и под углом к его поверхности.

4. Колонна по пп. 1 и 2, отличающаяся тем, что, с целью интенсификации массообмена в каждой секции за счет дополнительной турбулизации газа и жидкости, на стороне диска, предназначенной для приема жидкости, установлены отбойные пластины, изогнутые в форме спирали Архимеда, расходящиеся от центра диска и закрученные в сторону, соответствующую направлению струй газа.

5. Колонна по пп. 1 и 2, отличающаяся тем, что, с целью равномерного распределения жидкости по сечению диска и предупреждения образования застойных зон при наличии в жидкой фазе твердых частиц, вокруг сливной трубы, опускающейся к центру диска, коаксиально установлены два кольца, образующие гидрозатвор, причем нижняя кромка внутреннего кольца расположена ниже нижней кромки сливной трубы и ниже нижней кромки наружного кольца, а верхняя кромка внутреннего кольца расположена выше нижней кромки сливной трубы и ниже верхней кромки наружного кольца.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Патент Японии № 2227, 1964.

2. Авторское свидетельство СССР № 194764, кл. В 01 D 3/22, 1967 (прототип).

704639

Составитель С. Баранова

Редактор Ф. Серебрянский Техред О. Луговая Корректор О. Ковинская

Заказ 7912/12 Тнранг 877 Подписное

U,НИИПИ Государственного комитета СССР но делам изобретений и открытий

113035, Москва, )К вЂ” 35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП «Патент», г. Ужгород, ул. Проектная; 4