Струйная тарелка для массообменных колонн

 

Союз Советски к

Социапистичесиик

Рес убп

ОП ИСАНИЕ (iaj9

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22)Заявлено 03. 05.78 (2I) 2609696/23-26 (5l)NL. Кл.

В 01 0 3/30 с присоединением заявки,1тв

Вкударотавнный квинтет

CCCP до делам наебрвтвннй н открытнй (23) Приоритет (53) УДК 66. 048. .375(088.8) Опубликовано 23. 10. 82. бюллетень М 39

Дата опубликования описания 23 10 82 (((>азу „

Ц "»ee sp.

%ЕХМ ц;,.„„„„)

БЩу

И.П. Слободяник (72) Автор изобретения Ф2 pg

Краснодарский ордена Трудового Красного Знаме политехнический институт (71) Заявитель (54) СТРУЙНАЯ ТАРЕЛКА ДЛЯ МАССООБМЕННЫХ КОЛОНН

Изобретение относится к контакт" ным устройствам для систем газ (пар)- жидкость, используемых в ректификационных, дистилляционных, абсорбционных и промывных колоннах для санитарной очистки газовых промышленных выбросов а от вредных примесей, в которых жидкость движется сверху вниз и контактирует с газом (паром), поднимающимся по колонне вверх, когда требуется обеспечить эффективный контакт между 1о очень большими количествами газа (пара) и очень малыми количествами жидкости и.в жидкой фазе имеются твердые частицы или продукты полимериэации, а именно в условиях вакуумной ректификации.

Известна колонна с продольно-поперечным секционированием потоков, в которой направленные элементы для прохода газа в центральной и периферий"

2 . ных секциях расположены в противоположном направлении 51 ).

Однако эта колонна обеспечивает не-. четкое разделение.

Известна струйная тарелка, включающая горизонтальную круглую плиту с тангенциально направленными арочными прорезями для прохода газа (пара), расположенными по концентрическим окружностям, вертикальные криволинейные лопатки в форме спирали Архимеда, установленные на плите и изогнутые в сторону открытия арочных прорезей, сливное устройство для слива жидкости. с верхней на нижнюю тарелку со сливным карманом,. выполненным в виде сегмента с расширяющимся сверху вниз сечением, соединенным основанием с верхней кромкой сливной трубы, кольцевой гидроэатвор, выполненный из концентрически расположенных вокруг сливной трубы цилиндрических колец, установ" ленных на расстоянии относительно круглой плиты тарелки, увеличивающимся к наружному кольцу, сепарационное кольцо, установленное коаксиально кольцевому гидрозатвору и расположен-, ное на расстоянии относительно круг3 96750 лой плиты тарелки, причем центр кольцевого гидрозатвора смещен по отношению к центру тарелки в сторону, противоположную расположению сегментно-! го кармана на 0,05-0,1 диаметра тарелки (2 ).

Известная струйная тарелка работает следующим образом. Жидкость. стекает по сливной трубе и заполняет внутренний объем внутреннего кольца, часть i 1в жидкости (половина) проходит в зазор между внутренним кольцом и плитой, остальная часть жидкости протекает через верхнюю кромку наружного кольца в пространство между наружным и внут- 1 ренним кольцом и через зазор между наружным кольцом и плитой стекает на. плиту тарелки. Таким образом, в условиях работы внутреннее кольцо будет заполнено жидкостью и нижнее отверстие сливной трубы будет погружено в жидкость, т. е. будет обеспечен гид-. розатвор. Однако при прекращении подачи на тарелку жидкости последняя полностью стекает с плиты и при этом не остаются также твердые частицы или продукты полимеризации. Газ (пар) поступает снизу тарелки через прорези с аркоподобными козырьками, проходит в жидкость, стекающую на плиту через

ЗО сливную трубу с кольцевым гидрозатвором, отдает жидкости часть кинетической энергии, в результате образуется регулярно вращающийся двухфазный поток в горизонтальной плоскости. Жидкость совершает радиально-кольцевое движение в горизонтальной плоскости от центра к периферии, а газ (пар) винтообразное движение вверх, под вышележащую тарелку и т. д. Вращающийся двухфазный поток отражается от криволинейных лопаток в форме спирали

Архимеда, в результате происходит турбулизация газового (парового) потока, диспергирование жидкости, перекрестные соударения элементарных объемов газа (пара) и жидкости, что приводит к интенсификации массообмена в фазах и к повышению эффективности массообмена контактной тарелки.

С помощью сепарационного кольца формируется регулярно вращающийся двухфазный поток на плите тарелки: жидкость, совершив радиально-кольцевое движение от центра кольцевого гидрозатвора к стенкам сепарационного кольца, под действием центробежных сил перетекает через зазор между сепарационным кольцом и плитой на пери0 4 ферийную часть тарелки, а газ (пар), отделившись от жидкости, совершает винтообразное движение вверх внутри сепарационного кольца. За счет установки сепарационного кольца обеспечивается увеличение скорости газа (пара) без брызгоуноса. Благодаря высокой радиальной и окружающей скорости жидкости, последняя продолжает движение у стенки колонны на плите тарелки под действием перекрестных ударов газа (пара), поднимающегося вверх, что приводит к образованию дополнительной высокотурбулизированной межфазной поверхности, за счет чего значительно повышается эффективность массообмена контактной ступени. Жидкость совершает вращательное движение, накапливаясь в периферийной части тарелки у стенки колонны, непрерывно стекает в сегментный сливной карман. Из сегментного сливного кармана жидкость стекает по сливной трубе в центр кольцевого гидрозатвора нижележащей тарелки. Так как сечение сегментного сливного кармана увеличивается сверху вниз, то этим самым уменьшается смещение центра входного отверстия сливной трубы по отношению к центру выходного отверстия сливной трубы. При этом также увеличивается рабоЧая площадь плиты тарелки.

Несмотря на большие преимущества данной конструкции тарелки, она имеет некоторые недостатки, заключающиеся в том, что при очень больших объемных скоростях газа (пара) и малых нагрузках по жидкости (например, в условиях вакуумной ректификации) на плите тарелки, и особенно в ее периферийной части, вследствие высоких линейных скоростей газа (пара), выходящего из арочных прорезей, малым количеством жидкости сообщается значительная кинетическая энергия, вследствие чего в периферийной части тарелки элементарные объемы жидкости приобретают значительную окружную и радиальную скорость и значительно уменьшается объем удерживаемой жидкости на тарелке, а следовательно, уменьшается и время пребывания жидкости в контакте с газом (паром), что приводит как известно, к снижению как локальной эффективности, так и общей эффективности массообмена контактной тарелки по Мерфри.

Целью изобретения является интенсификация массообмена между большими

5 9675 количествами газа (пара) и малыми количествами жидкости за счет увеличения времени пребывания жидкости во вращающемся двухфазном потоке в периферийной части тарелки.

Поставленная цель достигается тем, что струйная тарелка снабжена кольцевой полкой, расположенной у стенки колонны с перекрытием меньшей части сливного кармана и выполненной с тан- 1ф генциально направленными арочными прорезями, размещенными по концентрическим окружностям.

На фиг. l изображена часть колонны со струйными тарелками, вертикальный 15 разрез, на фиг. 2 - разрез А-А на фиг. 1; ча фиг. 3 - разрез Б-Б на фиг. 2; на фиг. 4 - разрез 8-8 на фиг. 2; на фиг. 5 - разрез Г-Г на фиг. 1; на фиг. 6 - разрез Д-Д на фиг. I (в увеличенном размере); на фиг. 7 —, разрез Е-Е на фиг. 6; на фиг. 8 - разрез Ж-Ж на фиг. 2; на фиг. 9 - разрез

3-3 на фиг. 2.

Колонна. содержит корпус 1,установ- р5 ленные одна над другой струйные тарелки 2, содержащие горизонтальные круглые плиты 3 с тангенциально направленными прорезями 4 для прохода газа (napa) с аркоподобными козырьками 5 и расположенными по концентрическим окружностям вокруг центра кольцевого гидрозатвора на тарелке, вертикальные криволинейные лопатки 6 в форме спирали Архимеда, установленные на плите

35 тарелки и изогнутые в сторону открытия прорезей 4 с аркоподобными козырьками 5, сливной карман 7, расширяющийся сверху вниз, с нижним основанием 8, сливную трубу 9 с верхним 10 и нижним (не показано) отверстиями для слива жидкости со сливного кармана 7 в цент кольцевого гидрозатвора 11 нижележащей тарелки с зазором 12 между нижней кромкой сливной трубы 9 и плоскостью

15 плиты 3 тарелки для прохода жидкости, над плитой 3 тарелки коаксиально по отношению к центру кольцевого гидрозатвора и по отношению к оси сливной трубы 9 установлено сепарационное кольцо 13 с зазором 14 между нижней кромкой 15 кольца 13 и плоскостью плиты 3 для прохода жидкости.

Кольцевой гидрозатвор представляет собой концентрически расположенные вокруг сливной трубы 9 два кольца, внут-55 реннее 16 и наружное 17, с зазором 18 между нижней кромкой 19 внутреннего кольца 16 и плоскостью плиты 3 тарел00 4 ки, и с зазором 20 между нижней кромкой 2 1 наружного кольца 17 и Плоскостью плиты 3 тарелки, причем нижняя кромка 19 внутреннего кольца 16 расположена ниже нижней кромки сливной трубы 9 и ниже нижней кромки 21 наружного кольца 17, а верхняя кромка 22 внутреннего кольца 16 расположена выае нижней кромки сливной трубы 9 и ниwe верхней кромки 23 наружного кольца 16 так, что при сливе жидкости через сливную трубу 9 образуется гидрозатвор. Над кольцами 16 и 17 вокруг сливной трубы 9 установлен горизон- .. тальный отбойный диск 24 .одинакового диаметра с наружным кольцом 17 и на некотором расстоянии от верхней кромки 23 наружного кольца 17. Кольца 16 и 17 между собой жестко скреплены пластинами 25 и с плитой 3 тарелки— стержнями 26, а сепарационное кольцо

13 прикреплено кронштейнами 27 к плите 3 тарелки. Сегментный сливной карман 7 образован корпусом 1 колонны, нижним основанием 8 и двумя наклонными боковыми стенками 28. Периферийная часть сегментного сливного кармана 7 у стенки колонны перекрыта кольцевой полкой 29, в которой выполнены арочные прорези 4 с аркоподобными козырьками 5, которые совпадают по размерам, расположению по концентрическим окружностям и тангенциальному направлению осей с арочными прорезями 4 с аркоподобными козырьками 5 в круглой плите 3 тарелки. Центр кольцевого гидрозатвора со сливной трубой 9 смещен по отношению центра тарелки в противоположном направлении от сегментного сливного кармана, на 0,05-0,1 диаметра тарелки. Жидкость на самую верхнюю тарелку подается через трубу с кольцевым гидрозатвором, а подача жидкости на промежуточные тарелки осуществляется непосредственно в сливные сегментные карманы (не показано).

Тарелка работает следующим образом.

Жидкость стекает по сливной трубе

9 и заполняет внутренний обьем внутреннего кольца 16, часть жидкости (половина) проходит через кольцевой зазор 18, остальная часть жидкости протекает через верхнюю кромку 22 кольца 16 и, отражаясь от отбойного диска 24, стекает в межкольцевое пространство колец 16 и 17 и через зазор

20 стекает на плиту 3. тарелки. Таким образом, в условиях работы внутреннее.кольцо 16 будет заполненс жидкостью

961500 и сливная труба 9 и ее нижнее отверстие будут погружены в жидкость, т. е. будет обеспечен гидрозатвор. Однако при прекращении подачи на тарелку жидкости последняя полностью стекает с плиты 3 тарелки, при этом не будут оставаться также твердые частицы или продукты полимериэации. Гаэ (пар) поступает снизу тарелки через прорези

4 с аркоподобными козырьками 5 с тан- 1р генциально направленными осями, проходит в жидкость, стекающую на плиту

3 через сливную трубу 9 с кольцевым гидрозатвором, отдает жидкости часть кинетической энергии, в результате 1S образуется регулярно вращающийся двухфазный поток в горизонтальной плоскости, жидкость совершает радиально-кольцевое движение в горизонтальной плоскости от центра к периферии, а газ щ (пар) - винтообразное движение вверх под вышележащую тарелку и т. д. Вращающийся двухфазный поток отражается от криволинейных лопаток 6 в форме спирали Архимеда, в результате происхо- 2$ дит турбулизация газового (парового) потока, диспергирование жидкости, перекрестные соударения элементарных объемов газа (пара) и жидкости, что приводит к интенсификации массообмена зр в фазах и к повышению эффективности массообмена контактной тарелки.

С помощью сепарационного .кольца 13 формируется регулярно вращающийся двухфазный поток на плите 3 тарелки, жид- з кость, совершив радиально-кольцевое движение от центра кольцевого гидрозатвора к стенкам сепарационного кольца 13 под действием центробежных сил, перетекает через зазор между кольцом

13 и плито" 3 на периферийную часть плиты 3 тарелки, а гаэ (пар) совершает винтообразное движение вверх, отделившись от жидкости. За счет установки сепарационного кольца 13 обес. печивается увеличение скорости газа (пара) по.сравнению с барботажными тарелками без брызгоуноса. В условиях работы часть жидкости, находящаяся во вращающемся двухфазном потоке ближе к центру тарелки, сливается в сегмент-. ный сливной карман 7, а другая часть, находящаяся во вращающемся двухфазном потоке ближе к периферийной части тарелки непосредственно у стенки колон$ ны, проходит по инерции по кольцевои полке 29 с арочными прорезями 4 с ар коподобными козырьками 5 и IloBTOpHQ контактирует с газом (паром) в периферийной части тарелки. 3а счет высоких радиальной и окружной скоростей жидкости последняя продолжает движение у стенки колонны на плите 3 тарелки под действием перекрестных ударов газа (пара), поднимающегося вверх, что приводит к образованию дополнительной высокотурбулиэированной межфазной .поверхности, в результате чего также значительно повышается эффективность массообмена контактной ступени.

Жидкость многократно совершает вращательное движение в периферийной части тарелки у стенки колонны и стекает в сегментный карман 7 и по сливной трубе 9 - в центр кольцевого гидрозатвора нижележащей тарелки. Увеличение слоя жидкости в периферийной части тарелки за счет ее рециркуляции во вращающемся двухфазном потоке способствует также увеличению слоя жидкости в более близких к центру сечениях тарелки вследствие распределения жидкости в поле центробежных сил по параболоиду вращения, что обеспечивает увеличение объема удерживаемой жидкости на тарелке, а значит, увеличение времени контакта жидкости с газом (паром) и повышение эффективности массообмена контактной тарелки. Кроме того, при прохождении двухфазного потока по кольцевой полке с арочными прорезями 4 происходит эжекция газа (пара) через прорези 4 из сегментного сливного кармана 7, что обеспечивает сепарацию фаз и улучшение работы сливных устройств и позволяет уменьшить сечение сливных устройств. Так как сечение сегментного сливного кармана

7 увеличивается сверху вниз, то этим

,т самым уменьшается смещение центра входного отверстия 10 сливной трубы

9 по отношению к центру выходного отверстия сливной трубы 9. При этомувеличение сечения нижнего основания 8 сливного сегментного кармана 7 не приводит к уменьшению рабочей площади плиты 3 тарелки.

В связи с большой разрешающей способностью предложенной струйной тарелки принимать большие нагрузки по газу (пару), она заложена в проекты по замене барботажных тарелок в колоннах диаметром от 1200 до 4000 мм на Куйбышевском АТ3, на Новокуйбышевском и Нижнекамском НХК с целью увеличения.производительности колонн в

2 раза по сравнению с барботажными клапанными тарелками. Годовой эконоФормула изобретения

9 9675 мический эффект от внедрения колонн с новыми струйными тарелками среднего диаметра 3000 мм за счет увеличения производительности, улучшения чистоты разделения, уменьшения гидрав- 5 лического сопротивления при сопоставимых условиях и снижения себестоимости продукции может составить около

150 тыс. руб.

Струйная тарелка для массообменных колонн, содержащая горизонтальную 15 круглую плиту с тангенциально направленными арочными прорезями для прохода газа (пара), расположенными по концентрическим окружностям, вертикальные криволинейные лопатки в форме спи-20 рали Архимеда, установленные на плите и изогнутые в сторону открытия арочных прорезей, сливное устройство сосливным карманом, кольцевой гидрозат25

00 .10 вор, сепарационное кольцо, установленное коаксиально кольцевому гидрозатвору и расположенное на расстоянии относительно круглой плиты тарелки; о тл и ч а ю щ а я с я тем, что, с целью интенсификации массообмена между газом (паром) и жидкостью при больших объемных скоростях газа (пара) и малых нагрузках по жидкости за счет увеличения времени контакта жидкости с

ra зом (па ром) в периферийной части тарелки,струйная тарелка снабжена коль" цевой полкой, расположенной у стенок. колонны с перекрытием меньшей части сливного кармана и выполненной с тангенциально направленными арочными прорезями, размещенными по концентричес" ким окружностям.

Источники информации принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР

N 911958, кл. 8 01 0 3/30, 1971.

2. Авторское свидетельство СССР по заявке И 2526148/26, 1977.

967500

Ж-Ж

Составитель С. Баранова

Техред С. Мигунова Корректор .О. Билак

Редактор А. Лукач

Тираж 734 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раувская наб., д. 4/5

Заказ 9181

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4