МАССООБМЕННАЯ КОЛОННА Российский патент 1997 года по МПК B01D3/26 

Изобретение относится к устройствам для проведения массообменных процессов, таких как абсорбция, ректификация, увлажнение, в частности в процессах ректификации под вакуумом в химической, нефтехимической, пищевой и других отраслях промышленности.

Известен ряд конструкций тепломассообменных колонн, например а.с. N 1636002, 882537, 1118397, предназначенных для проведения указанных процессов. Однако этим конструкциям присущ ряд недостатков.

В тепломассообменной колонне (а.с. N 1118397) массообмен протекает на поверхности перфорированных цилиндров, соединяющих тарелки. Массообмен протекает в условиях гравитационного стекания пленки жидкости по наружной поверхности цилиндров, при турбулизации пленки струями газа (пара), проходящими через перфорацию. При этих условиях пленочного взаимодействия фаз эффективность массообмена недостаточно высока.

В тепломассообменной колонне (а.с. N 1636002) в пространстве между тарелками расположены переливные трубы, обеспечивающие с помощью стаканов диспергирование пленки на капли и циркуляцию газожидкостной фазы. Следует отметить, что роль дробления жидкости на капли на основе известных теорий в общей величине эффективности массообмена очень незначительна.

Массообменный аппарат (а. с. N 882537), принятый в качестве прототипа, состоящий из тарелок, соединенных вертикальными перфорированными цилиндрами с распределителями жидкости в верхней части, имеют недостаток, присущий рассмотренным конструкция.

Цель изобретения повышение эффективности массообмена и производительности по паровой фазе за счет создания направленного вращательного движения газожидкостного потока в пределах каждого контактного элемента.

Поставленная цель достигается тем, что колонна снабжена контактными элементами в виде усеченных перфорированных арочными отверстиями конусов, расположенных на тарелках в шахматном порядке, причем основания конусов закреплены в верхней тарелке, а усеченные вершины конусов с окнами закреплены в стаканах на нижней тарелке, при этом основания конусов выступают над плоскостью тарелки и выполнены с щелями, а арочные отверстия расположены на конусах горизонтальными рядами и направлены в одну сторону.

Существенным отличием массообменной колонны является выполнение контактных элементов в виде усеченных перевернутых конусов и оснащение конусов горизонтальными рядами арочных отверстий.

На фиг. 1 схематически изображен разрез колонны, на фиг. 2 общий вид контактного элемента, на фиг. 3 арочное отверстие.

Массообменная колонна состоит из вертикального цилиндрического корпуса 1, горизонтально установленных полотен тарелки 2, усеченных конусов 3, приемно-распределительных стаканов 4.

Усеченные конусы своим основанием закреплены в верхней тарелке, несколько выступая над ее плоскостью. Основание конуса снабжено вертикальными щелевыми прорезями или выполнено зубчатым для равномерного орошения конуса. Усеченная часть конуса крепится в стакане и нижней тарелке и снабжена окнами для выпуска жидкости в стакан, через который жидкость равномерно распределяется на тарелку.

Колонна работает следующим образом. Жидкость с плоскости тарелки 2 через щелевые или зубчатые распределители конусов 3 равномерно пленкой стекает внутрь последних. Пар из пространства между тарелками через арочные отверстия струями поступает внутрь конусов. Благодаря тому что арочные отверстия выполнены в виде горизонтальных рядов и направлены в одну сторону, паровой поток приобретает вращательное движение и, контактируя с гравитационно стекающей пленкой жидкости, придает ей вращательное движение, турбулизируя ее.

Вследствие трения парового (газового) потока пленка жидкости приобретает вращательное движение в горизонтальной плоскости, а под действием сил тяжести вниз, по образующей конуса. В результате действия этих сил результирующим является движение пленки жидкости по внутренней поверхности конуса по спирали сверху вниз, до приемно-распределительного стакана 4, через который жидкость равномерно распределяется на плоскость тарелки.

Повышение эффективности массообмена достигается, таким образом, за счет интенсивного вращательного движения пленки по внутренней поверхности конусов, непрерывной турбулизауцией пленки паровыми струями, выходящими из арочных отверстий и пронизывающих и дробящих пленку. Кроме того, суммарная внутренняя поверхность контактных элементов (конусов) значительно больше площади горизонтальных тарелок, что в целом увеличивает поверхность контакта и, следовательно, эффективность массообмена.

Повышение производительности колонны достигается также за счет принятого движения порового потока в нем возникают центробежные силы. Под действием центробежных сил капельки жидкости, которые могут быть сорваны с пленки жидкости паровым потоком, возвращаются на поверхность пленки, т.е. происходит интенсивная сепарация парового потока от капель жидкости, что ликвидирует унос капель на вышележащую тарелку. При достаточно высоких скоростях пара в арочных отверстиях за счет большого количества отверстий, большого "живого" сечения основания конусов можно достичь больших расходов пара (газа), равных 3-5 м/с в сечении колонны, что превышает производительность известных тарельчатых колонн в 2-3 раза.

Большое "живое" сечение контактных элементов позволяет проводить процессы массообмена при незначительном гидравлическом сопротивлении, позволяет рекомендовать данную конструкцию колонны для ректификации смесей под вакуумной.

Использование: к устройствам для проведения массообменных процессов, таки как абсорбция, ректификация, увлажнение, в частности в процессах ректификации под вакуумом в химической, нефтехимической, пищевой и других отраслях промышленности в условиях повышения эффективности массообмена и производительности по паровой фазе за счет создания направленного вращательного движения газожидкостного потока в пределах каждого контактного элемента. Сущность изобретения: колонна снабжена контактными элементами в виде усеченных перфорированных арочными отверстиями конусов, расположенных на тарелках в шахматном порядке, причем основания конусов закреплены в верхней тарелке, а усеченные вершины конусов с окнами закреплены на нижней тарелке, при этом основания корпусом выступают над плоскостью тарелки и выполнены с щелями, а арочные отверстия расположены на конусах горизонтальными рядами и направлены в одну сторону. Существенным отличием массообменной колонны является выполнение контактных элементов в виде усеченных перевернутых конусов и оснащение конусов горизонтальными рядами арочных отверстий. 3 ил.

Массообменная колонна для взаимодействия газа (пара) с жидкостью, состоящая из расположенных по высоте тарелок с закрепленными в их отверстиях контактными перфорированными элементами, отличающаяся тем, что контактные элементы выполнены в виде усеченных перфорированных арочными отверстиями конусов, расположенных на тарелках в шахматном порядке, причем основания конусов закреплены в верхней тарелке, усеченные вершины конусов с окнами закреплены на нижней тарелке, при этом основания конусов выступают над плоскостью тарелки и выполнены со щелями, а арочные отверстия расположены на конусах горизонтальными рядами и направлены в одну сторону.