КОНТАКТНОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ ТЕПЛОМАССООБМЕННЫХ АППАРАТОВ Российский патент 1995 года по МПК B01D3/22 

Изобретение относится к контактным устройствам объемного типа в тепломассообменных аппаратах, используемых в нефтегазоперерабатывающей, нефтехими- ческой и других отраслях промышленности.

Известно контактное устройство объемного типа в виде плоскопараллельной трубной решетки, которая представляет собой ряд горизонтальных трубок, набранных в одной плоскости и образующих между собой щели. Трубчато-решетчатые контактные устройства обладают сравнительно большой производительностью как по жидкой, так и по газовой фазам [1]
Основными недостатками этого устройства являются узкий диапазон устойчивой работы; сравнительно низкая эффективность разделения в связи с тем, что слив жидкости с тарелки происходит в те же щели, через которые проходит подъем легкой фазы (газ, пар), имеет место неорганизованный слив жидкости с поверхности контактного устройства.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является объемное контактное устройство для тепломассообменных аппаратов, включающее основание, выполненное из труб в виде плоскопараллельной трубной решетки или плоской архимедовой спирали с секционирующими межтрубное пространство лентами, которые выполнены плоскими и размещены с чередованием на верхней и нижней плоскостях трубной решетки в поперечном направлении труб со смещением кромок верхней ленты относительно нижней на величину не менее ширины ленты. Верхние и нижние ленты смещены одна относительно другой с зазором, равным 20-50% диаметра труб. Площадь поперечного сечения межтрубного пространства, заключенного между лентами, равна сумме площадей продольного сечения минимального зазора между трубами. С целью снижения гидравлического сопротивления ленты на верхней плоскости трубной решетки перфорированы в пределах труб. Это устройство распределяет паровые потоки под верхние ленты (пластины), а жидкостные на нижние, что улучшает условия контакта фаз за счет дополнительной зоны взаимодействия в проходных щелях между трубами и обеспечивает повышение эффективности процесса и расширение диапазона устойчивой работы [2]
К основным недостаткам данного устройства относятся низкая эффективность и диапазон эффективной работы из-за неполного использования объема контактного устройства и работе его в основном только в противоточном режиме по его высоте, так как объем внутри полых элементов (труб) не используется для тепломассообмена между легкой и тяжелой фазами.

Целью изобретения является повышение эффективности разделения за счет более рационального использования внутреннего объема устройства и проведения противоточного контактирования фаз внутри полых элементов, где фазы находятся в наиболее стесненным положении, где скорость максимальны и эффективность массообмена максимальная.

Указанная цель достигается тем, что полые элементы снабжены в верхней и нижней части отверстиями, смещенными относительно друг друга, таким образом, чтобы не было прямого провала жидкости или проскока газа, а внутри полых элементов для увеличения поверхности контакта расположена насадка и по крайней мере на одной из сторон полых элементов расположена пористая насадка, перекрывающая отверстия для снижения уноса жидкости с газом.

Наличие отличительных от прототипа признаков в заявляемом устройстве свидетельствует об их соответствии критерию изобретения "новизна".

Снабжение полых элементов в верхней и нижней частях отверстиями, смещенными относительно друг друга, исключает необходимость в установке на полых элементах лент (как в прототипе), что упрощает конструкцию и создает условие для увеличения времени контакта фаз, контактирования фаз в стесненном положении секционированно внутри элементов, так как контактирование происходит горизонтальное внутри труб и вертикальное при движении фаз от одного контактного устройства к другому, при этом контактирование может происходить на увеличенной поверхности контакта (насадке) и при минимальном уносе жидкости с газом, что в конечном условии повышает эффективность тепломассообмена и расширяет диапазон эффективной работы устройства, при упрощении его конструкции.

Время контакта фаз может регулироваться расстоянием смещения верхнего и нижнего отверстий в полых элементах, так как время контакта фаз на контактном устройстве зависит от расстояния прохождения фазы от одного отверстия верхнего до ближайшего нижнего и времени прохождения фаз от одного контактного устройства до другого, т.е. контактное устройство может быть выполнено с требуемым диапазоном эффективной работы.

Таким образом, получение положительного эффекта (повышение эффективности тепломассообмена и расширение диапазона эффективной работы) в результате снабжения полых элементов в верхней и нижней части отверстиями, смещенными друг относительно друга и размещении внутри и на полых элементах пористой насадки, обуславливает соответствие изобретения критерию "изобретательский уровень".

На фиг. 1 изображено предлагаемое устройство, общий вид; на фиг.2 основание из объемных элементов; на фиг.3 элемент с отверстиями.

Устройство для тепломассообменных аппаратов содержит основание 1, выполненное из объемных полых элементов 2 в виде решетки кольцевой или из сегментов, секторов или в виде спирали. Полые элементы 2 снабжены в верхней части отверстиями 3, а в нижней части отверстиями 4, причем отверстия 3 смещены относительно отверстий 4 на величину a, которая равна или больше величины диаметра d отверстия для исключения прямого провала жидкости и проскока газа. Площадь отверстий с диаметром d равна или меньше двух поперечных сечений полых элементов
f_d≅2f_эл. Это обусловлено тем, что в одно отверстие поступают фазы с обеих сторон полых элементов от отверстия. Внутри полых элементов может быть расположена пористая насадка, а на ней другая насадка. Насадка 5 увеличивает дополнительно поверхность контакта фаз, а насадка, расположенная на насадке 5, уменьшает унос жидкости на ступень контакта.

Устройство работает следующим образом.

Газ подается под основание 1, а жидкость на основание 1 контактного устройства. Газ сепарируется от жидкости на насадке, расположенной на насадке 5 поступает в отверстие 4, движется к отверстию 3 и выходит из него на вышележащее контактное устройство. Жидкость с основания 1 поступает в отверстие 3, движется к отверстию 4 и выходит из него на нижележащую ступень.

При противотоке газа и жидкости внутри полых элементов и вне их происходит интенсивный контакт газа и жидкости в горизонтальном и вертикальном направлении, особенно эффективен контакт при наличии насадок.

Таким образом, наряду с традиционным вертикальным противоточным контактом в предложенном устройстве происходит и горизонтальный противоточный контакт, что особенно важно при разделении близкокипящих компонентов, для которых традиционно требуется большое число контактных устройств и высокие колонные аппараты. Предложенное устройство, повышая эффективность тепломассообмена и расширяя диапазон эффективной работы, позволяет одновременно снизить высотные габариты аппаратуры, так как происходит многократное секционирование газовых и жидкостных потоков внутри полых элементов каждой контактной ступени.

Изобретение может быть использовано в нефтегазоперерабатывающей, нефтехимической отраслях промышленности. Цель изобретения повышение эффективности тепломассообмена и увеличение диапазона эффективной работы. Контактное устройство включает основание, выполненное из объемных полых элементов в виде решетки. Полые элементы снабжены в верхней и нижней части отверстиями, смещенными относительно друг друга. Внутри и по крайней мере на одной из сторон полых элементов может быть расположена пористая насадка. 3 з. п. ф-лы, 3 ил.

1. КОНТАКТНОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ ТЕПЛОМАССООБМЕННЫХ АППАРАТОВ, включающее основание, выполненное из объемных полых элементов в виде решетки, отличающееся тем, что полые элементы имеют в верхней и нижней частях отверстия, смещенные относительно друг друга. 2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что внутри полых элементов расположена насадка. 3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что по крайней мере по одной из сторон полых элементов расположена пористая насадка, перекрывающая отверстия. 4. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что объемно полые элементы выполнены в виде шестигранника.