РАСПРЕДЕЛИТЕЛЬ ГАЗА И ЖИДКОСТИ В ПРОТИВОТОЧНОЙ КОЛОННЕ Российский патент 1995 года по МПК B01D3/20 B01D53/18 

Изобретение относится к распределителям газа и жидкости в массообменных колоннах.

Известен распределитель газа и жидкости между двумя участками обмена противоточной колонны, над дном которого расположен ряд труб для пара, а между трубами распределено множество трубочек для отвода жидкости.

При применении в противоточных колоннах с параметром потока Φ больше 0,1, который определяется выражением
Φ=L/G.(ρ_G:ρ_L)^1/2, где L или G соответственно расходы по массе жидкости и газа; ρ_G или ρ_L соответ- ственно плотности газа и жидкости, эффективность известных распределителей относительно мала. Столь высокие параметры потока, отражающие отношение кинетических энергий текущей жидкости и газа, получаются, например, в дистилляционных колоннах высокого давления с давлением выше 5 бар и в поглотительных колоннах с очень высокой нагрузкой жидкостью.

В дистилляционных колоннах высокого давления, в которых давление внутри составляет более 5 бар, имеется высокая плотность газа, например, от 10 до 70 кг/м³, и сравнительно низкая плотность жидкости, например от 300 до 500 кг/м³. Из этого следует весьма малое отношение плотностей ρ_жидк к ρ_газ, которое получается порядка 10 и меньше. Сравнительно плотный газ поэтому легко увлекает за собой жидкость, в особенности когда у жидкости малый коэффициент поверхностного натяжения, и поэтому получается много мелких ее капель. Отделение жидкости от газа поэтому в таких колоннах, используемых, к примеру, при перегонке нефти или для отделения легких углеводородов, весьма затруднено.

Отношение скоростей газа и жидкости (V_ст/V_жид) при перегонке под высоким давлением весьма мало и составляет, например, величину, равную примерно 10. Газовый поток поэтому становится неустойчивым. Дистилляционные колонны высокого давления, которые содержат установленные в участках обмена набивку или засыпку, отличаются плохим коэффициентом полезного действия по разделению. Поэтому для перегонки под высоким давлением до сих пор преимущественно используются колпачковые ректификационные колонны. Эти колпачковые колонны имеют малую активную поверхность для перегонки, например, равную всего лишь 15% сечения колонны. Остаток занят сливными шахтами.

Задачей изобретения является создание газожидкостного распределителя, который в указанных колоннах с большими параметрами потока дает равномерное распределение газа и жидкости на прилегающей верхней или нижней набивке, а также поддержание устойчивых условий потока между набивками, чтобы достичь максимально высокой производительности колонны.

Для этого выходы трубочек подходят близко к расположенному ниже участку колонны, на квадратный метр простирающейся по всему сечению колонны дна имеются по меньшей мере 10 труб, общее сечение потока этих труб составляет максимум 10% площади сечения дна и, наконец, каждая труба относительно своего входного сечения имеет дальнейшее сужение сечения по потоку.

Тогда как ранее сечение потока для газа (примерно от 30 до 50% всего сечения) выбиралось максимально большим, чтобы иметь минимальное падение давления в распределителе, согласно изобретению используется меньшее сечение для газового потока и большее повышение давления, так как это требуется для равномерного распределения газа как раз при сравнительно малых скоростях потока. Это равномерное распределение вызывается статическим давлением, которое в любом распределителе достигается снижением суммарной площади потока для газа. При этом одновременно повышается скорость газа, за счет чего газовый поток в большей степени, чем раньше, выходит из-под влияния жидкости.

Сущность изобретения заключается в том, что в распределителе газа и жидкости, включающем днище, в котором установлены трубы для газа (пара) и множество трубочек для жидкости с отверстиями, установленных вблизи нижней секции, при этом трубы для пара имеют сужение на выходе потока, выходы газа (пара) труб расположены вблизи верхней секции и выполнены соответственно из нескольких расположенных венцом вокруг трубы малых выходных отверстий, трубок или в виде кольцевой щели.

Расстояние выходов газа (пара) от находящейся над ними секции может составлять максимум 50 мм.

Сечение одной трубы для газа (пара) может быть сужено до 1/2-1/5 своего входного сечения.

Труба для газа (пара) может быть разделена на части по высоте.

На квадратном метре днища может находиться по меньшей мере 150 трубочек для отвода жидкости.

Трубы для газа (пара) могут быть выполнены с утолщением и затянуты с помощью расположенных на расстоянии от днища планок.

Распределитель может быть снабжен желобообразными корытами, которые в первом отрезке закрыты, а во втором снабжены по меньшей мере одним донным выходом для жидкости.

Донный выход может быть расположен на конце корыта.

Донный выход может содержать множество отверстий, расположенных по длине не более 1/2 длины корыта, предпочтительно 1/4 длины корыта.

Отверстия отдельных корыт могут быть сконцентрированы в середине его длины.

Донные выходы корыт, расположенных на одном уровне, могут быть поочередно направлены в диаметрально противоположных направлениях.

На одном уровне поочередно могут быть расположены корыта с донными выходами на конце и в середине.

Могут быть предусмотрены два слоя корыт с продольными осями, перпендикулярными друг другу.

На фиг. 1 показана колонна с формой исполнения изобретения в продольном разрезе; на фиг.2 то же, верхняя и нижняя области разреза; на фиг.3 сечение А-А на фиг.2; на фиг.4 форма исполнения желобчатых корыт; на фиг.5 и 6 разрез перпендикулярно оси колонны части колонны с расположением корыт в этой части.

На фиг. 1 показана часть ректификационной колонны 1 высокого давления, участки 2a и 2b которой, например, содержат насадку, например из рифленых пластинчатых элементов.

Участки 2а и 2b разделены свободным промежутком 3 друг от друга. В нем находится распределитель 4 газ/жидкость, дно ванны 5 которого, так же как и участки 2а и 2b, опирается на балки 6, расположенные на стенке колонны.

В дне ванны 5 с одной стороны имеется ряд газовых труб 7, которые, как это видно на фиг. 5, равномерно распределены строками или рядами по всему сечению колонны 1. С другой стороны между строчками или рядами труб 7 смонтировано множество трубочек 8. Как уже упоминалось, предусмотрено по меньшей мере десять труб 7 и по меньшей мере 150 трубочек 8 на квадратный метр пустой колонны. В данном примере имеются 20 труб 7 и 180 трубочек 8 на квадратный метр.

Газовые трубы 7 простираются газовыми выходами 9 до соседства с участком колонны 2а, находящимся над промежутком 3. Расстояние А (фиг.2) выходов 9 газа от участка 2а составляет в данном случае 30 мм. Выходы 9 газа трубы 7, общее сечение которых составляет примерно треть от входного сечения для газов в трубе 7, в данном примере представляют собой установленные с боков трубы 7 загнутые трубки 10, которые через суженные сечения 11 соединяются с внутренней полостью трубы 7. Могут быть и другие исполнения выходов 9, например распределенные по окружности трубы отверстия или прикрытая крышкой кольцевая щель. Показанные загнутые трубки 10, если они расположены венцом вокруг трубы 7, имеют то преимущество, что выходящий из каждой трубы 7 газ распределяется на увеличенную по сравнению с площадью самой трубы 7 поверхность. Вследствие малого расстояния А текущие в противотоке газ и жидкость почти не имеют возможности влиять друг на друга, за счет чего улучшается разделение фаз.

Трубочки 8, которые приварены к дну 5, через отверстия 12, площадь которых меньше сечения трубочки, соединяются с жидкостью 15 на дне, своими выходными концами или выходами 13 подводятся близко к участку 2b колонны. Расстояние B составляет в данном случае 30 мм. Посредством этого жидкость попадает в последующий участок 2b колонны без заметного растворения в ней идущего навстречу потока газа. Таким образом и здесь газовый поток захватывает лишь малое количество жидкости, за счет чего также улучшается разделение газа и жидкости. За счет множества трубочек 8 обеспечивается хорошее распределение капающей на участок 2b жидкости.

Чтобы предотвратить "отсос" жидкости из заполненных ею трубочек 8, они вблизи дна имеют вентиляцию, для чего в трубочках 8 по окружности распределены шлицы 14.

В промежутке 3 далее над уровнем жидкости 15 предусмотрены простирающиеся по всему сечению колонны корыта 16, которые установлены двумя слоями друг над другом, причем продольные оси корыт 16 одного слоя перпендикулярны продольным осям корыт другого слоя. Далее корыта 16 выполнены так, что жидкость может вытекать из донного выхода 17 вблизи одного конца. За этот счет капающая во всем сечении колонны жидкость собирается и перемешивается в корыте, прежде чем она попадает в "озеро" (жидкость 15). Такое перемешивание идет хорошо еще потому, что "сточные концы" корыт 16 поочередно в каждом слое направлены в противоположном направлении, как это показано на фиг.5 и 6. Возможно в отдельных корытах 16 одного уровня донный выход сделать и в середине, а эти корыта расположить поочередно с корытами, имеющими выход с концов.

Для простоты сборки в дне 5 ванны трубы 7 вблизи основания снабжены двумя выступающими утолщениями 18 (фиг.2 и 3), с помощью которых они зажимаются между дном 5 и планками 19, причем эффективный зажим достигается с помощью расположенных между трубами 7 болтов 20, которые ввинчивают в гайки 21, приваренные с нижней стороны дна 5. Такой способ крепления позволяет, например, по сравнению с завариванием труб 7 в дно 5 осуществлять довольно простую сборку и разборку, в том числе через лючок в колонне, и позволяет при необходимости заменять трубы 7. Расстояние между утолщениями 18 обеспечивает беспрепятственное стекание жидкости и в области под планками 19.

Указанные желобообразные корыта 16, которые, например, в дне имеют отверстия 22 для привинчивания к непоказанным несущим колосникам, находятся в сплошной части дна 23, в а выходной части (донный выход 17) имеется большое количество выходных отверстий 24, которые распределены по длине максимум 1/2, а лучше 1/4 от всей длины корыта, и сконцентрированы у конца или середины его.

Донный выход 17 может быть реализован на конце корыта 16 за счет отсутствия одной торцовой стенки, как это показано для корыт на фиг.1 и 6. Функции и расположение корыт 16 в промежутке 3 были уже подробно описаны.

Распределитель работает следующим образом. Газ и жидкость распределяются по трубам в противотоке в массообменной колонне.

Изобретение относится к распределителям газа в жидкости в массообменных колоннах. В распределителе газа и жидкости противоточной колонны трубочки для жидкости с их выходами подведены близко к находящемуся ниже участку колонны, для направления и распределения движущегося вверх газа предусмотрено по меньшей мере 10 труб на квадратный метр площади одного распределителя. Общее сечение потока труб составляет максимум 10% площади дна распределителя. Сечение потока в трубах еще раз суживается относительно их сравнительно узкого входного сечения. Выходы газа расположены вблизи верхней секции и выполнены соответственно из нескольких расположенных венцом вокруг трубки малых выходных отверстий, трубок или в виде кольцевой щели. Благодаря этому достигают равномерного распределения газа, газ и жидкость при протекании промежутка между участками в основном идут отдельно, при этом достигается сравнительно высокая скорость газа. Это значительное разделение их путей протекания улучшает устойчивость потока газа и жидкости, в особенности в противоточных колоннах с параметром потока Φ и, таким образом, работу противоточной колонны. 12 з.п. ф-лы, 6 ил.

1. РАСПРЕДЕЛИТЕЛЬ ГАЗА И ЖИДКОСТИ В ПРОТИВОТОЧНОЙ КОЛОННЕ, установленный между секциями колонны, включающий днище, в котором установлены трубы для газа (пара) и множество трубочек для жидкости с отверстиями, установленных вблизи нижней секции, при этом трубы для пара имеют сужение на выходе потока, отличающийся тем, что выходы газа (пара) труб расположены вблизи верхней секции и выполнены соответственно из нескольких расположенных венцом вокруг трубы малых выходных отверстий трубок или в виде кольцевой щели. 2. Распределитель по п.1, отличающийся тем, что расстояние выходов газа (пара) от находящейся над ними секции составляет максимум 50 мм. 3. Распределитель по пп.1 и 2, отличающийся тем, что сечение одной трубы для газа (пара) сужено до 1/2 1/5 своего входного сечения. 4. Распределитель по пп.1 3, отличающийся тем, что труба для газа (пара) разделена на части по высоте. 5. Распределитель по п. 1, отличающийся тем, что на квадратном метре имеются по меньшей метре днища имеются по меньшей мере 150 трубочек для отвода жидкости. 6. Распределитель по пп.1 4, отличающийся тем, что трубы для газа (пара) выполнены с утолщением и затянуты с помощью расположенных на расстоянии от днища планок. 7. Распределитель по п. 1, отличающийся тем, что он снабжен желобообразными корытами, которые в первом отрезке закрыты, а во втором снабжены по меньшей мере одним донным выходом для жидкости. 8. Распределитель по пп.1 и 7, отличающийся тем, что донный выход расположен на конце корыта. 9. Распределитель по пп.1, 7 8, отличающийся тем, что донный выход содержит множество отверстий, расположенных по длине не более 1/2 длины корыта, предпочтительно 1/4 длины корыта. 10. Распределитель по пп.1, 7 9, отличающийся тем, что отверстия отдельных корыт отконцентрированы в середине его длины. 11. Распределитель по пп.1, 7 10, отличающийся тем, что донные выходы корыт, расположенных на одном уровне, поочередно направлены в диаметрально противоположных направлениях. 12. Распределитель по пп.1, 7 11, отличающийся тем, что на одном уровне поочередно расположены корыта с донными выходами на конце и в середине. 13. Распределитель по пп.1, 7 12, отличающийся тем, что предусмотрено два слоя корыт с продольными осями, перпендикулярными друг другу.