ТЕПЛОМАССОБМЕННЫЙ АППАРАТ Российский патент 1996 года по МПК B01D3/30 

Изобретение относится к химической, нефтеперерабатывающей и другим отраслям промышленности и может быть использовано при осуществлении процессов ректификации, абсорбции и очистки газов в тепломассообменных аппаратах.

Из уровня техники известны тепломассообменные аппараты с разнообразными узлами ввода сырья, подающегося в виде газожидкостной смеси, применение которых обеспечивает возникновение центробежных сил, за счет чего жидкая фаза отделяется от газовой [1, 2]
Однако применение этих устройств не обеспечивает требуемой равномерности распределения сырья по сечению аппарата.

Известны также массообменные аппараты, конструкция узла ввода которых обеспечивает одновременно с вводом сырья в колонну, его распыление посредством пароэжекторных форсунок и пароэжектора и одновременное частичное разделение фаз в верхней части колонны [3]
Конструкция таких узлов ввода сырья характеризуется сложностью изготовления и большими энергозатратами при эксплуатации.

Наиболее близким по технической сущности и совокупности существенных признаков к изобретению является тепломассообменный аппарат, узел ввода сырья которого включает входной патрубок и распределительное устройство в виде отражателя потока, представляющего собой изогнутую пластину, установленную напротив входного патрубка [4] (прототип).

При работе, поступающее в колонну сырье разделяется внутри колонны на два потока, движущихся по стенке внутри колонны в противоположных направлениях. За счет воздействия распределительного устройства на поток сырья увеличивается фазовая поверхность и происходит частичная дегазация сырья.

Недостатком прототипа является то, что для обеспечения надежной работы тепломассообменного аппарата при такой конструкции узла ввода необходимо увеличивать его габариты, т.к. распределитель потока сырья в виде изогнутой пластины не обеспечивает необходимую равномерность распределения сырья по сечению аппарата в области распределителя потока, что негативно отражается на работе массообменных ступеней.

Целью изобретения является увеличение отбора дистиллятных продуктов и снижении энергоемкости процесса массообмена за счет повышения равномерности распределения сырья по сечению колонны в области узла ввода и обеспечения одновременно с вводом сырья разделения его на фазы.

Это обеспечивается тем, что в тепломассообменном аппарате, содержащем корпус с массообменными ступенями, патрубки ввода сырья с распределительным устройством и патрубки вывода продуктов, распределительное устройство выполнено в виде спирально изогнутых направляющих пластин, веерообразно расположенных на одном уровне, напротив каждого из диаметрально расположенных тангенциальных патрубков ввода сырья, при этом на входе в аппарат направляющие пластины снабжены диспергаторами в виде консольных участков пластин с заостренными торцовыми кромками. Кроме того, направляющие пластины могут располагаться внутри аппарата по коническим усеченным поверхностям различного диаметра, большее основание которых расположено со стороны низа аппарата, а их концевые части могут быть установлены с взаимным перекрытием.

Технический результат, который может быть получен при реализации изобретения заключается в том, что в сравнении с известными техническими решениями, в том числе и с прототипом, снижаются габариты аппарата, энергозатраты при его эксплуатации и увеличивается отбор дистиллятных продуктов.

Изобретение иллюстрируется чеpтежами, где на фиг.1 показано устройство, общий вид (продольный разрез); на фиг.2 фрагмент аппарата в области узла ввода; на фиг.3 то же (вариант выполнения); на фиг.4 вид в плане фиг.1 или фиг.2; на фиг.5 то же (вариант выполнения); на фиг.6 вид А фиг.3.

Тепломассообменный аппарат содержит корпус 1 с массообменными ступенями 2 и патрубками ввода 3 сырья и вывода 4 продуктов. Патрубки ввода сырья 3 снабжены распределительным устройством в виде направляющих пластин 5, закрепленных внутри аппарата посредством опорного кольца 6 и опорных штырей 7. Направляющие пластины 5 выполнены в виде частей спиралей и установлены веерообразно на одном уровне внутри аппарата, напротив каждого из двух тангенциальных патрубков ввода 3. Пластины 5 образуют внутри аппарата спиральные каналы 8, равномерно расширяющиеся от входа к выходу из расчета равномерного распределения сырья по всему сечению аппарата в области узла ввода сырья. Направляющие пластины 5 на входе в аппарат снабжены диспергирующими участками а, закрепленными консольно с заостренными торцовыми кромками b (см. фиг. 6).

В варианте выполнения (см. фиг.3), направляющие пластины 5 установлены наклонно под углом J по коническим усеченным поверхностям различного диаметра, большее основание которых расположено со стороны низа аппарата. Кроме того, концевые участки b направляющих пластин (см. фиг.5) от противоположных патрубков могут быть установлены с их взаимным перекрытием.

Тепломассообменный аппарат работает следующим образом.

Нагретое углеводородное сырье, например, кипящую нефть, подают под давлением в патрубки 4 ввода сырья, в результате чего парожидкостная смесь, разделяясь на струи, проходит по спиральным каналам 8 между направляющими пластинами 5, взаимодействуя с консольными участками а, в которых благодаря наличию торцовых заостренных кромок b, способствующих срыву потока, генерируются ультразвуковые колебания, передаваемые от источника к движущейся среде. При прохождении спиральных каналов 8, под действием центробежных сил крупные капли и брызги осаждаются на поверхности направляющих пластин 5 и в виде пленки жидкости, находящейся под воздействием ультразвуковых колебаний, взаимодействуя с газом, стекают вниз, а очищенный от капель и брызг газ уходит на вышерасположенные массообменные ступени. Ультразвуковые колебания, генерируемые в пластинах 5, способствуют выделению из пленки жидкости газовой фазы, что повышает эффективность массообмена.

При работе с повышенным расходом по газу (пару) целесообразно установить направляющие пластины 5 под углом J к оси аппарата (см. фиг.3), т.е. изогнутых по форме частей усеченных конических поверхностей. Это приводит к появлению у капель и брызг, осаждающихся на поверхности направляющих пластин 5, дополнительной к весу составляющей силы, направленной вниз по поверхности направляющих пластин, что уменьшает вероятность уноса жидкой фазы. Кроме того, при этом режиме работы взаимное перекрытие направляющих пластин 5 от противоположных тангенциальных патрубков ввода 3 (см. фиг.5), способствует возникновению находящихся под воздействием ультразвуковых колебаний стационарных вихрей между направляющими пластинами, что дополнительно способствует осаждению капель жидкой фазы на поверхность направляющих пластин 5. Это дополнительно снижает унос жидкости на вышерасположенные массообменные ступени и повышает эффективность массообмена.

Веерообразное расположение направляющих пластин 5 во внутреннем объеме тепломассообменного аппарата между сливными каналами 9 позволяет эффективно распределить поступающее сырье по всему сечению аппарата, получить развитую поверхность массообмена и интенсифицировать за счет этого процесс разделения фракций.

Изобретение относится к химической, нефтеперерабатывающей и другим отраслям промышленности и может быть использовано в тепломассообменных аппаратах при осуществлении процессов ректификации, асорбции и очистки газов. Технической задачей, на решение которой направлено изобретение, является увеличение отбора дистиллятных продуктов при одновременном повышении степени разделения сырья на фракции и снижении энергоемкости процесса массообмена за счет повышения равномерности распределения сырья по сечению колонны в области узла ввода. Решение поставленной задачи обеспечивается тем, что в тепломассообменном аппарате, содержащем корпус с массообменными ступенями, патрубки узла ввода с распределительным устройством и патрубки вывода продуктов, распределительное устройство выполнено в виде спирально изогнутых направляющих пластин, веерообразно расположенных на одном уровне напротив каждого из диаметрально расположенных тангенциальных патрубков ввода сырья, при этом на входе в аппарат направляющие пластины снабжены диспергирующими участками в виде консолей с заостренными торцовыми кромками. Кроме того, пластины распределительного устройства могут быть изогнуты по коническим усеченным поверхностям различного диаметра, большее основание которых расположено со стороны низа аппарата, а концевые части направляющих пластин от каждого патрубка установлены с взаимным перекрытием. 2 з. п. ф-лы. 6 ил.

1. ТЕПЛОМАССОБМЕННЫЙ АППАРАТ, содержащий корпус с массообменными ступенями, патрубки ввода сырья с распределительным устройством и патрубки вывода продуктов, отличающийся тем, что распределительное устройство выполнено в виде спирально изогнутых направляющих пластин, веерообразно расположенных на одном уровне напротив каждого из диаметрально расположенных тангенциальных патрубков ввода сырья, при этом на входе в аппарат направляющие пластины снабжены диспергирующими участками в виде консолей с заостренными торцевыми кромками. 2. Аппарат по п. 1, отличающийся тем, что пластины распределительного устройства изогнуты по коническим усеченным поверхностям различного диаметра, большее основание которых расположено со стороны низа аппарата. 3. Аппарат по пп.1 и 2, отличающийся тем, что концевые части направляющих пластин от каждого патрубка установлены с взаимным перекрытием.