ТЕПЛОМАССООБМЕННЫЙ АППАРАТ Российский патент 1996 года по МПК B01D53/18 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 (см. источник).

Однако применение этих устройств не обеспечивает требуемой равномерности распределения сырья по сечению аппарата.

Наиболее близким по технической сущности и совокупности существенных признаков к заявленному 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, см. "Каталог внутренних узлов (варианты исполнения)", ВНИИнефтемаш, Москва 1986 г. стр.20-21 (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 снижение 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 ввода продуктов, распределительное устройство выполнено в виде спирально изогнутых направляющих пластин веерообразно расположенных между патрубками ввода и центральным сливным карманом, на наружных поверхностях которого консольно закреплены диспергаторы в виде вертикальных пластинок с заостренными кромками, расположенных в спиральных каналах, образованных направляющими пластинами, при этом начальные и конечные участки спиральных направляющих пластин закреплены консольно.

Кроме того, пластины распределительного устройства могут быть расположены под углом к оси аппарата и изогнуты по коническим усеченным поверхностям, большее основание которых расположено со стороны низа аппарата, а консольные участки спиральных направляющих пластин выполнены с торцевыми заостренными кромками.

Техническим результатом, который может быть получен при реализации изобретения, является активизация испарения легких фракций, что увеличивает отбор дистиллятных продуктов.

На фиг. 1 показан аппарат, общий вид (продольный разрез); на фиг.2 сечение А-А на фиг.1; на фиг.3 сечение С-С на фиг.2; на фиг.4 вид А на фиг.3.

Тепломассообменный аппарат содержит корпус 1 с массообменными ступенями 2 и патрубками ввода 3 сырья и вывода продуктов 4. Патрубки ввода сырья снабжены распределительным устройством в виде направляющих пластин 5, закрепленных внутри аппарата посредством, например, опорного кольца 6 и закрепленных на нем несущих штырей 7. Направляющие пластины спирально изогнуты и веерообразно установлены на одном уровне внутри корпуса 1 аппарата напротив каждого из двух тангенциальных патрубков ввода 3 и образуют расширяющиеся в направлении от патрубков ввода 3 к стенкам 9 и 10 сливного кармана спиральные каналы 8.

Направляющие пластины 5 закреплены на опорных штырях 7 таким образом, что их начальные и конечные участки образуют консоли а, торцевые кромки которых выполнены заостренными (фиг.4).

В варианте выполнения (фиг.3) направляющие пластины 5 установлены под углом, и оси аппарата изогнуты по коническим усеченным поверхностям, большее основание которых расположено со стороны низа аппарата. В обоих вариантах выполнения на стенках 9 и 10 сливного кармана закреплены диспергаторы, выполненные в виде консольных пластин 11 с заостренными торцевыми кромками. Пластины диспергаторов расположены между направляющими пластинами 5 в спиральных каналах 8.

Массообменный аппарат работает следующим образом.

Нагретое углеводородное сырье, например, кипящую нефть подают под давлением в патрубки 4 ввода сырья. В результате парожидкостная смесь, разделяясь на струи, проходит по каналам 8, взаимодействуя при этом с консолями а входных и выходных участков направляющих пластин 5. При выходе из каналов 8 парожидкостные струи ударяются в стенки 9 и 10 сливного кармана и, отражаясь от них, взаимодействуют с набегающими струями. В процессе работы устройства имеет место диспергирование жидкой фазы, обусловленное колебаниями, передаваемыми от источника к движущейся среде и возникающими вследствие набегания потока кипящей нефти на неподвижный источник, при этом источниками колебаний являются консольные участки а направляющих пластин 5 и диспергирующие пластины 11, заостренные кромки которых способствуют срыву потока парожидкостной смеси от стенок 9 и 10 сливного кармана.

Под действием гидродинамических колебаний в области узла ввода в разделяемой среде развивается явление кавитации, обеспечивающее дробление крупных пузырьков пара и гомогенизации смеси. Это приводит к тому, что процесс испарения легких составляющих активизируется, увеличивая тем самым отбор дистиллятных продуктов.

Одновременно повышается чистота разделения на фракции при снижении энергозатрат на ректификацию. После прохождения узла ввода тонкодисперная парожидкостная смесь, имеющая развитую поверхность массообмена, подается на массообменные ступени на разделение.

Использование изобретения особенно эффективно для массообменных аппаратов, предназначенных для повышения расходов парогазовых смесей.

Использование: в химической, нефтеперерабатывающей и других отраслях промышленности при осуществлении процессов ректификации, абсорбции и очистки газов в тепломассообменных аппаратах. Сущность изобретения: Тепломассообменный аппарат, содержащий корпус с массообменными ступенями, снабженный сливами жидкости, патрубками ввода с распределителями сырья и патрубками вывода продуктов, распределительное устройство, выполненное в виде спирально изогнутых направляющих пластин, веерообразно расположенных между патрубком ввода и центральным сливом, на наружных поверхностях которого консольно закреплены пластинчатые диспергаторы, расположенные параллельно направляющим пластинам в образованных ими спиральных каналах, при этом начальные и конечные участки спиральных направляющих пластин закреплены консольно. Кроме того, пластины распределительного устройства могут быть расположены под углом к оси аппарата и изогнуты по коническим усеченным поверхностям, большее основание которых расположено со стороны низа аппарата, а консольные участки спиральных направляющих пластин выполнены с торцевыми заостренными кромками. 3 з. п. ф-лы. 4 ил.

1. ТЕПЛОМАССООБМЕННЫЙ АППАРАТ, содержащий корпус с массообменными ступенями, снабженные сливами жидкости, патрубки ввода с распределителями сырья и патрубки вывода продуктов, отличающийся тем, что распределительное устройство выполнено в виде спирально изогнутых направляющих пластин, веерообразно расположенных между патрубками ввода и центральным сливом, на наружных поверхностях которого консольно закреплены пластинчатые диспергаторы, расположенные параллельно направляющим пластинам в образованных ими спиральных каналах. 2. Аппарат по п.1, отличающийся тем, что концевые участки направляющих пластин выполнены в виде консолей. 3. Аппарат по п. 1, отличающийся тем, что пластины распределительного устройства установлены под углом к оси аппарата и изогнуты по коническим усеченным поверхностям, большее основание которых расположено со стороны низа аппарата. 4. Аппарат по п.1, отличающийся тем, что спиральные направляющие пластины выполнены с торцевыми заостренными кромками.