НАСАДКА РЕКТИФИКАЦИОННОЙ КОЛОННЫ Российский патент 1997 года по МПК B01J19/32 

Изобретение относится к технологическому ректификационному оборудованию и, в частности, к насадкам ректификационных колонн.

Наиболее близкой по технической сущности и достигаемому техническому результату к заявляемой является насадка ректификационной колонны, образованная вертикальной трубой и размещенными в трубе перпендикулярно ее оси тепломассообменными устройствами, содержащими разнесенные по оси трубы пористые элементы, разделенные проставками /см. например, а.с. СССР N 86849, кл. B01D 3/22, 1949/.

Однако эта насадка не обладает достаточной эффективностью действия, поскольку не обеспечивает симметричного относительно друг друга потоков флегмы и пара, не исключает возможности просачивания флегмы по стенкам колонны и смешивания этого потока с флегмой на нижележащих тепломассообменных устройствах, что снижает производительность и нарушает режим идеального фракционирования. Кроме того, эта насадка сложна при сборке /требует ориентации в поперечном сечении трубы колонны последующего пористого элемента по отношению к предыдущему/.

Техническим результатом, на достижение которого направлена заявляемая насадка, является повышение ее эффективности за счет организации осесимметричного движения флегмы и пара внутри трубы колонны, полного отсутствия просачивания флегмы по внутренней стенке трубы, минуя тепломассообменные устройства, что приводит к приближению процессов в колонне к идеальным и существенному повышению четкости фракционирования даже вблизи азеотропной точки.

Для достижения указанного технического результата в известной насадке ректификационной колонны, образованной вертикальной трубой и размещенными в трубе перпендикулярно ее оси тепломассообменными устройствами, содержащими разнесенные по оси трубы пористые элементы, разделенные проставками, пористые элементы образованы чередующимися тарелками, одна из которых выполнена в виде диска с центральным отверстием и направленной вверх периферийной отбортовкой для взаимодействия с трубой по всему ее периметру, а вторая в виде плоской детали, взаимодействующей своими крайними выступающими участками с трубой для образования зазора между ними для прохода пара, а проставка выполнена паропроницаемой. При этом плоская деталь может быть выполнена в виде многоугольника, в виде круга с выступами по краям. Диск и плоская деталь могут быть выполнены из сетчатого полотна. Проставка может быть выполнена в виде замкнутой в кольцо проволочной спирали с растянутыми витками, в виде замкнутой в кольцо перекрученной ленты или в виде крестообразного элемента. Крестообразный элемент может быть образован проволочной спиралью с растянутыми витками.

На фиг.1 изображен продольный разрез насадки ректификационной колонны.

На фиг.2 изображено сечение А-А фиг.1 с тарелкой, имеющей круглое центральное отверстие.

На фиг.3 изображено то же, с тарелкой, имеющей звездообразное центральное отверстие.

На фиг.4 изображено то же, с тарелкой, имеющей многоугольное отверстие.

На фиг.5 изображено сечение Б-Б фиг.1 с тарелкой в виде многоугольника.

На фиг.6 изображено то же, с тарелкой в виде круга с выступами по краям.

На фиг. 7 изображено то же, с тарелкой в виде круга с вырезами, ограниченными дугами.

На фиг. 8 изображена проставка в виде замкнутой в кольцо проволочной спирали с растянутыми витками.

На фиг. 9 изображена проставка в виде замкнутой в кольцо перекрученной ленты.

На фиг.10 изображена проставка в виде крестообразного элемента.

На фиг.11 изображена проставка, крестообразный элемент которой выполнен в виде спирали с растянутыми витками.

Насадка ректификационной колонны содержит вертикальную трубу 1 и размещенные в трубе перпендикулярно ее оси тепломассообменные устройства, содержащие разнесенные по оси трубы пористые элементы. Элементы образованы чередующимися тарелками 2 и 3, разделенными кольцевой проставкой 4. Тарелка 2 выполнена в виде диска с центральным отверстием 5 и периферийной отбортовкой 6. Отбортовка 6 направлена вверх и плотно взаимодействует с трубой 1 по всему ее периметру. Центральное отверстие тарелки 2 может быть выполнено круглым /фиг.2/, звездообразным /фиг.3/ или многоугольным /фиг.4/. Тарелка 3 выполнена в виде плоской детали, образованной многоугольником 7 /фиг.5/, взаимодействующим своими крайними выступающими участками 8 с трубой 1 для образования зазора "а" между тарелкой 3 и трубой 1 для прохода пара. Плоская деталь может быть выполнена в виде круга 9 с выступами 10 по краям /фиг.6/ или в виде круга 11 с вырезами, ограниченными дугами 12 /фиг.7/. Диск и плоская деталь могут быть выполнены из сетчатого полотна. Проставка 4 может быть выполнена в виде замкнутой в кольцо проволочной спирали с растянутыми витками /фиг. 8/, в виде замкнутой в кольцо перекрученной ленты /фиг.9/ или в виде крестообразного элемента /фиг.10/. Крестообразный элемент может быть образован проволочной спиралью с растянутыми витками. Все описанные конструктивные выполнения проставки обеспечивают ее проницаемость для пара.

Насадка ректификационной колонны работает следующим образом. Пар поступает в трубу 1 снизу и поднимается вверх, проходя через зазоры "а" между тарелкой 3 и трубой 1, и через центральное отверстие 5 тарелки 2. Флегма поступает в трубу 1 сверху и, попадая на тарелку 2, стекает через ее центральное отверстие 5 на тарелку 3. Указанная последовательность размещения тарелок создает организованное зигзагообразное осесимметричное движение паров и флегмы исходного продукта. Тарелки 2, 3 выполнены из пористого материала, поры которого имеют такие размеры, что при смачивании этого материала флегмой на тарелках за счет сил поверхностного натяжения образуется сплошная пленка жидкости, которая является непроницаемой для пара. Фактически пористые тарелки при работе колонны подобны сплошной пластине по отношению к пару и проницаемые для флегмы.

При накоплении флегмы на тарелках ее излишки просачиваются сквозь их поры и образуют капельки на их нижних поверхностях. Эти капельки флегмы перемещаются в направлении движения пара под тарелкой, как показано на фиг.1 тонкими линиями. Для тарелок 2 это движение происходит от периферии к центру, а для тарелок 3 от центра к периферии. Накопившаяся сверх меры флегма капает с конечной границы своего движения по тарелке на следующую тарелку, например, с краев отверстия 5 тарелки 2 на тарелку 3. Кроме того, тарелки 2, контактирующие со стенками трубы 1 своей периферийной отбортовкой 6 за счет эффекта смачивания, обеспечивают полное перетекание флегмы со стенки трубы на эту тарелку. Такое движение пара и флегмы приводит к интенсификации тепломассообменных процессов в колонне, а приставки в виде замкнутых в кольцо проволочных спиралей с растянутыми витками или перекрученных лент выполняют еще и роль турбулизаторов, обеспечивающих равномерное распределение пара в поперечном сечении колонны и улучшающих его перемешивание.

В результате организованного взаимодействия на развитых поверхностях тарелок пара, поднимающегося вверх по трубе, и флегмы, стекающей вниз, пар насыщается легкокипящими компонентами флегмы, а флегма насыщается тяжелокипящими компонентами пара, конденсирующегося на флегме. Описанная конструкция насадки делает этот процесс весьма эффективным и четким из-за отсутствия прорыва пара, минуя тарелки, вверх и отсутствия протекания флегмы, минуя тарелки, вниз.

Сущность изобретения: насадка ректификационной колонны содержит вертикальную трубу 1, в которой размещены перпендикулярно ее оси тепломассообменные устройства, содержащие разнесенные по оси трубы пористые элементы. Элементы образованы чередующимися тарелками 2, 3, разделенными кольцевой проставкой 4. Тарелка 2 выполнена в виде диска с центральным отверстием 5 и периферийной отбортовкой 6, направленной вверх и плотно взаимодействующей с трубой 1 по всему ее периметру. Центральное отверстие тарелки 2 может быть круглым, звездообразным или многоугольным. Тарелка 3 выполнена в виде плоской детали, образованной многоугольником 7, взаимодействующим своими крайними выступающими участками 8 с трубой 1 для образования зазора "а" между тарелкой 3 и трубой 1 для прохода пара. Плоская деталь может быть выполнена в виде круга 9 с выступами 10 по краям или в виде круга 11 с вырезами, ограниченными дугами 12. Диск и плоская деталь могут быть выполнены из сетчатого полотна. Проставка 4 может быть выполнена в виде замкнутой в кольцо проволочной спирали с растянутыми витками, в виде замкнутой в кольцо перекрученной ленты или в виде крестообразного элемента. Этот элемент может быть образован проволочной спиралью с растянутыми витками. Все описанные конструктивные выполнения проставки обеспечивают ее проницаемость для пара. 7 з.п. ф-лы, 11 ил.

1. Насадка ректификационной колонны, образованная вертикальной трубой и размещенными в трубе перпендикулярно ее оси тепломассообменными устройствами, содержащими разнесенные по оси трубы пористые элементы, разделенные проставками, отличающаяся тем, что пористые элементы образованы чередующимися тарелками, одна из которых выполнена в виде диска с центральным отверстием и направленной вверх периферийной отбортовкой для взаимодействия с трубой по всему ее периметру, а вторая в виде плоской детали, взаимодействующей своими крайними выступающими участками с трубой для образования между ними зазора для прохода пара, а проставка выполнена паропроницаемой. 2. Насадка по п.1, отличающаяся тем, что плоская деталь выполнена в виде многоугольника. 3. Насадка по п.1, отличающаяся тем, что плоская деталь выполнена в виде круга с выступами по краям. 4. Насадка по п.1, отличающаяся тем, что диски и плоская деталь выполнены из сетчатого полотна. 5. Насадка по п.1, отличающаяся тем, что проставка выполнена в виде замкнутой в кольцо проволочной спирали с растянутыми витками. 6. Насадка по п.1, отличающаяся тем, что проставка выполнена в виде замкнутой в кольцо перекрученной ленты. 7. Насадка по п.1, отличающаяся тем, что проставка выполнена в виде крестообразного элемента. 8. Насадка по пп. 1 и 7, отличающаяся тем, что крестообразный элемент образован проволочной спиралью с растянутыми витками.