Колонна для проведения массообменных процессов

 

Союз Советсиик

Социалистических

Республик

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ нц 753441 (6f) Дополнительное к авт, сеид-ву (22) Заявлено 06.1278 (21) 2694113/23-26 с присоединением заявки Но (23) Приоритет (51)М. Кл.з

В 01 П 3/30

В 01 D 3/22

Государственный комитет

СССР но делам изобретений и открытий

Опубликовано 0 708.80. Бюллетень М! 29

Дата опубликования описания 070880 (53) УДК66.015.23 ° 05 (088. 8) (72) Авторы изобретения

Всесоюзный научно-исследовательский и проектный институт по переработке газа (71) Заявитель (54) КОЛОННА ДЛЯ ПРОВЕДЕНИЯ МАССООБМЕННЫХ

ПРОЦЕССОВ

Изобретение относится к контактным устройствам для массообменных аппаратов и может быть использовано в химической, нефтехимической, неф- 5 тегазоперерабатывающей и пищевой промыаленности для проведения процессов абсорбции и ректификации в системах газ (пар)-жидкость.

Известна колонна для абсорбцион- . 10 ных и ректификационных аппаратов, состоящая из ситчатой тарелки, представляющей собой перфорированный канал прямоугольной формы с горизонтальным основанием. Канал по винтовой спиральной линии. опускается к периферии тарелки с уклоном, обеспечивающим .стекание жидкости по каналу слоем равной толщины с заданной скоростью. Боковой стенкой ка- 20 нала служит металлическая полоса, прикрепленная к тарелке, Жидкость, прошедшая по всему каналу, поступает от центра тарелки к ее периферии в переливной патру- 25 бок и направляется через выносной теплообменник на ниже расположенную тарелку, у которой спиральный канал направлен по винтовой линии

ic центру," тарелки от периферии, 30 затем через сливной патрубок и стакан жидкость направляется на следующую тарелку.,Газ барботирует через отверстия, просверленные в основании канала, в результате чегопроисходит массообмен между жидкой и газообразной фазами. Конструкция описываемого контактного устройства позволяет создать организованный поток жидкости по тарелке и регулировать время пребывания ее на тарелке (1).

Недостатком является сложность конструкции перелив ного устройств а, Известна также колонна, состоящая из корпуса, массообменной тарелки с подвижными лепестками, снабженными направленно просечными от-. верстиями различной формы и размеров, кольцевого переливного устройства, образованного кольцевой перегородкой тарелки и стенкой корпуса и сливной трубы. При работе устройства гаэ снизу проходит через щели между лепестками и через просечные отверстия вводится в слой жидкости на тарелке. Жидкость поступает с вышележащей тарелки по переливной трубе в центр тарелки и, взаимодейстЗ.С. Ахунов, Е.Н. Константинов, Ю.A. Арнаутов, В. Г. Гореченков, Х. С. Камалов, Т.М. Зарипов и А. И. Фридт

753441

3D

3S

55 вуя с потоком газа, образует газожидкостную эмульсию, которая, двигаясь по поверхности тарелки, переливается через кольцевой перелив, откуда сливается по сливной трубе на нижележащую тарелку. При необходимости создания дополнительного контакта фаз отверстия в лепестках выполнены так, что при движении газа в зазоре между лепестками происходит эжектирование жидкости газовым потоком и в барботажный слой жидкости поступает образованная при этом газо-жидкостная эмульсия ° На тарелке создается две зоны контакта фаз: при эжектировании жидкости газом через направленные просечные отверстия и при вдуве газо-жидкостной эмульсии в барботажный слой. Эта тарелка имеет развитую поверхность массообмена и большую производительность (2) .

Однако, эти тарелки недостаточно эффективны для осуществления процессов четкого разделения, так как поверхность контакта фаз сравнительно небольшая и время контакта фаз незначительно.

Известен также массообменный аппарат, включающий контактную часть и переливное устройство, выполненное в виде усеченного конуса с перфорацией (3) .

Это устройство за счет наличия слива позволяет увеличить поверхность контакта фаз, но содержит движущиеся части, усложняющие конструкцию и требующие лишних затрат энергии, .Известна также колонна для проведения массообменных процессов, состоящая из корпуса и расположенных по высоте его контактных устройств, каждое из которых включает перфорированную тарелку с просечными отверстиями, на которой установлена цилиндрическая перегородка и коаксиально ей спиральная перегородка и центральное переливное устройство. При работе тарелки жидкость поступает на тарелку сверху по внутренней стенке аппарата, Под действием потока газа, проходящего снизу через просечки в основании тарелки, жидкость устремляется по спиральному каналу в центр тарелки. При начальных скоростях газового потока жидкость движется равномерным потоком в нижней части канала над просечками. С увеличением скорости газового потока она распределяется по стенкам канала и достигает кромки спиральной перегородки, создавая тем самым развитую поверхность контакта фаз. Проходя путь от края диска к центру, жидкость и некоторая часть газа попадает в цилиндрическую перегородку, в которой происходит сепарация газа, выходящего через патрубок, а жидкость направляется в центральное переливное устройство, через которое отводится к стенке аппарата к наружному спиральному витку нижележащей тарелки, Газовый поток, поступая через просечки, контактирует с жидкостным потоком. Капли жидкости, увлекаемые газом, отбрасываются центробежной силой к стенке аппарата. Это обеспечивает надежную сепарацию газового потока, идущего на вышележащую тарелку. Данная тарелка обладает большой пропускной способностью по газовой фазе и довольно развитой поверхностью контакта фаз (4).

Однако, она имеет весьма малую пропускную способность по жидкости из-за высокой напряженности центрального перелива, недостаточно эффективна для осуществления процессов четкого разделения, имеет сравнительно небольшой диапазон изменения рабочих нагрузок.

Цель изобретения — повышение эффективности разделения за счет дополнительной зоны контакта фаз, ув еличение диапазона устойчив ой работы контактного устройства за счет использования кинетической энергии вращающе гос я жидкостного потока и обеспечение возможности саморегулирования живого сечения перелив ного ус тройств а.

Поставленная цель достигается тем, что колонна снабжена установленной под тарелкой кольцевой обечайкой с клапанами в нижней части, Переливное устройство выполнено в виде кольцевого кармана с установленным под ним направляющим конусом, снабженным просечными элементами.

Направляющий конус выполнен с живым сечением в 2-3 раза большим живого сечения тарелки и просечные элементы его направлены в сторону слива жидкости, Над тарелкой установлено отбойное устройство, выполненное в виде усеченного конуса, Отбойное устройство может быть выполнено в виде сферы.

На фиг.1 изображено устройство, продольный разрез; на фиг,2 — то же, вид в плане.

Устройство состоит из корпуса 1, закрепленной к его стенкам, массообменной тарелки 2 с центральной пере.городк ой 3, спиральной, пер е городк и 4 и кольцевой обечайки 5, образующей со стенками корпуса переливное устройство, в нижней части которой расположены клапаны б. Переливное устройство выполнено в виде кольцевого кармана 7, сливного направляющего конуса S, расположенного под полотном тарелки 2 и. заканчивающегося сливным

753441

Формула изобретения

1, Колонна для проведения массообменных процессов, состоящая из корпуса и расположенных по высоте

его контактных устройств, каждое из которых включает перфорированную тарелку с просечными отверстиями, на которой установлена цилиндричес,кая спиральная перегородка и переливное устройство, о т л и ч а ющ а я с я тем, что, с целью повышения эффективности разделения за счет дополнительной зоны контакта фаз, увеличения диапазона устойчивой работы за счет использования кинетической энергии вращающегося жидкостного потока и саморегулирования живого сечения переливного устройства, . патрубком 9, а над тарелкой и кольцевым переливом расположено отбойное устройство lO с углом наклона, преимущественно, горизонтальной плос— кости, Направляющий конус 8 снабжен просечными элементами 11. 5

Кол о нн а ра бота е т следующим об разом.

Жидкость поступает на массообменную тарелку в цилиндрическую перего-родку 3 по сливному патрубку 9 и, проходя гидрозатвор, под воздействием потока газа (пара), проходящего через направленно просечные отверстия в основании тарелки 2, устремляется по спиРальному каналу к кольцевому переливу ° При начальных скоростях газового потока жидкость движется равномерным потоком в нижней части канала над отверстиями. С увели ением скоростей газового и жидкостного потоков последняя распределяется по стенкам канала, достигая кромки спиральной перегородки, и отбрасывается центробежной силой Г1 к отбойнику 9. При этом сила разлагается на силу, перпендикулярную к стенке отражателя Г, и на силу, направленную вниз Гз, под действием которой меняется пропускная способность переливного устройства. При малых нагрузках по жидкости в нижней части кольцевой обечайки 5 клапаны 6 закрыты, а с увеличением жидкостного потока они открываются .под давлением гидродинамического столба жидкости, обеспечивая возможность 35 саморегулирования переливного устройства. Из кольцевого кармана 7 жидкость поступает на внутреннюю поверхность сливного направляющего конуса

8, снабженного так же, как и массо- 40 обменная тарелка, направленно просечными элементами в 2-3 раза с большим живым сечением. Если на тарелке жидкость двигается от центра к периферии, то на конусе наоборот, она 45 устремляется от периферии к центру (к сливному патрубку) под действием илы тяжести и под воздействием потока газа, который пос..тупает снизу через направленно просечные элементы под углом, преимущественно, 30-45 к образующим конуса. Из о сливного направляющего конуса жидкость по слив ному патрубку поступает в цилиндрическую перегородку ниже расположенной тарелки.

При выходе из отверстия газ передает часть кинетической энергии слою жидкости (на конусе), придавая ей вращательное движение, и резкз меняет свое направление. При изменении направления движения потока отбивается капельная жидкость, увлекаемая газом с нижележащей тарелки.

Газ проходит на сливном направляющем конусе предварительный дополнительный контакт с жидкостью и че рез направленно просечные элементны вводится в слой жидкости на массообменной тарелке. Происходит интенсивное взаимодействие контактирующих фаз и образовавшаяся при этом газожидкостная эмульсия сгоняется по спирали от центра к периферии тарелки, а газ устраняется к выше расположенной тарелке.

При этом повышение эффективности разделения и увеличения диапазона устойчивой работы контактного устройства достигается за счет создания дополнительной зоны контакта фаз на сливном направляющем конусе, увеличения пропускной способности переливного устройства благодаря наличию отбойника и за счет применения клапанов в нижней части кольцевой обечайки для обеспечения возможности саморегулирования живого сечения переливного устройства °

Предлагаемое контактное устройство обеспечивает высокую эффективность работы за счет интенсивности взаимодействия фаз: четкой организации перекрестной схемы взаимодействия потоков, большого пути движения жидкости по тарелке и больших относительных скоростей.

Кроме того увеличивается производительность по жидкости за счет наличия сливного направляющего конуса и отбойника, преимущественно конусной формы, приемный с такан заменяется клапанами, что позволяет уменьшить межтарельчатые расстояния, увеличивается производительность IIo газу за счет конуса с направленно просечными отверстиями, что служит дополнительным отбойником капель и увеличивается КПД устройства за счет второй дополнительной зоны кон— такта, что имеет большое значение для условий четкого разделения фаз.

753441

Фиг. Я

С ос та в и тель A. С ондор

Редактор С. Тараненк о Техред К . Гаврон Корректор .И.Муск а

Эак аэ 49 9 7/1 Тираж 809 Подписное

ЦНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5 филиал ППП Патент, r. Ужгород, ул, Проектная, 4 она снабжена установленной под тарелкой кольцевой-ббечайкой с клацанами в нижней час ти .

2. Колонна по п.1, о т л и ч а ю щ а я с я тем, что переливное устройство выполнено в виде кольцевого кармана с уСтановленным под ним направляющим конусом, снабженным просечными элементами.

3. Колонна по пп.1 и 2, о т л ич а ю щ а я с я тем, что направляющий конус выполнен с живым сечением s 2-3 раза большим живого сечения тарелки и просечные элементы его направлены в сторону слива жидкосTH °

4. Колонна по п.1, о т л и ч а ю щ а я с я тем, что тарелка снабжена отбойным устройством, выполненным в виде усеченного конуса.

5, Колонна по пп.1 и 4, о т л и5 ч а ю щ а я с ятем, что отбойное устройство выполнено в виде сферы.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР ð М 123948, кл, В 01 D 3/24, 1959.

2. Авторское свидетельство СССР

М 471103, кл. В 01 D 3/22, 1972.

3,. Авторское свидетельство СССР

9 363500, кл. В 01 D 3/30, 1971.

4. Авторское свидетельство СССР

Р 365156, кл. В 01 D 3/32, 1970 (прототип) .