МАССООБМЕННАЯ РЕШЕТЧАТАЯ КОЛОННА Российский патент 1997 года по МПК B01D3/24 

Предполагаемое изобретение относится к конструкциям массообменных колонн для взаимодействия систем газ/пар/ жидкость, предназначенных для процессов абсорбции, ректификации и может найти применение в химической, нефтехимической, газовой, пищевой и смежных с ними отраслей промышленности.

Известна массообменная колонна [1] включающая вертикальный цилиндрический корпус, распределительную решетку, слой насадки на решетке, поддерживающий распределительную решетку, слой насадки на решетке, перераспределитель жидкости для насадочных колонн, выполненный в виде направляющего усеченного конуса и периферийной части колонны, установленный меньшим основанием вниз, с арочными прорезями, вырубленными на поверхности конуса выпуклостью вверх, равномерно расположенными по концентрическим окружностям с тангенциально направленными осями по отношению к оси конуса, у меньшего конуса по его периметру выполнены отогнутые вверх под острым углом лепестки навстречу входным отверстиям арочных прорезей.

Недостатком известной массообменной колонны является неравномерное распределение жидкости по поперечному сечению колонны на различной высоте слоя насадки на поддерживающей решетке, что приводит к снижению эффективности массообмена между газом и /паром/ жидкостью.

Наиболее близкой к заявляемой по технической сущности и достигаемому эффекту является массообменная решетчатая колонна [2] включающая вертикальный корпус с поярусно расположенными внутри центробежными перфорированными решетками, с перфорациями в виде арочных прорезей выпуклостью вверх с тангенциально направленными осями и расположенными по концентрическим окружностям, расположенные между центробежными решетками центростремительные перфорированные решетки, выполненные в виде конусов, ориентированных вершинами вниз с перфорациями в виде арочных прорезей выпуклостью вверх с осями, направленными под острым углом к образующим от периферии к центру в одну и ту же сторону.

Недостатком известной массообменной решетчатой колонны является снижение эффективности массообмена между газом /паром/ и жидкостью вследствие продольного перемешивания жидкости на решетчатых тарелках.

Для повышения эффективности массообмена в массообменной решетчатой колонне, включающей вертикальный корпус с поярусно расположенными внутри центробежными перфорированными решетками, с перфорациями в виде арочных прорезей выпуклостью вверх с тангенциально направленными осями и расположенными по концентрическим окружностям, расположенные между центробежными решетками центростремительные перфорированные решетки, выполненные в виде конусов, ориентированных вершинами вниз, с перфорациями в виде арочных прорезей выпуклостью вверх с осями, направленными под острым углом к образующим от периферии к центру в одну и ту же сторону, центробежные перфорированные решетки выполнены в виде конусов, ориентированных вершинами вверх, с острым углом образующей к горизонтали в два раза меньшим угла образующей центростремительных решеток, диаметры центробежных решеток меньше внутреннего диаметра корпуса для стекания с центробежных решеток жидкости, в центрах центростремительных решеток выполнены отверстия для стекания через них жидкости, над центробежными решетками расположены отражательные перфорированные диски в виде усеченных конусов, ориентированных большими основаниями вверх с центральными отверстиями и наружными диаметрами, примыкающими к стенкам колонны с перфорациями, выполненными в виде арочных прорезей выпуклостью вверх с осями, направленными в виде арочных прорезей выпуклостью вверх с осями, направленными под острым углом к радиусу от периферии к центру в одну и ту же сторону, над центростремительными решетками установлены отражательные перфорированные конусы, ориентированные вершинами вверх с углами наклона образующих к горизонтали, меньшим углом наклона образующих центробежных решеток с наружным диаметром, меньшим внутреннего диаметра корпуса, перфорации отражательного конуса выполнены в виде арочных прорезей выпуклостью вверх с осями, направленными под острым углом к образующим от центра к периферии в одну и ту же сторону.

Предлагаемая конструкция массообменной решетчатой колонны за счет своих отличительных признаков обеспечивает решение поставленной технической задачи
повышение эффективности массообмена между газом /паром/ и жидкостью.

На фиг.1 схематически представлен продольный разрез массообменной решетчатой колонны; на фиг.2 разрез А-А на фиг.1; на фиг.3 разрез Б-Б на фиг.1; на фиг.4 разрез В-В на фиг.1; на фиг.5 разрез Г-Г на фиг.1; на фиг.6 разрез Д-Д на фиг.3; на фиг.7 разрез Е-Е на фиг.3;
Массообменная решетчатая колонна (фиг.1-7) содержит вертикальный цилиндрический корпус 1, поярусно расположенные по высоте корпуса центробежные контактные решетки 2, выполненные в виде конусов, ориентированных вершинами вверх с острым углом образующих к горизонтали, с диаметром оснований, меньше диаметра корпуса 1 с перфорациями, выполненными в виде арочных прорезей 3 выпуклостью вверх, расположенных по концентрическим окружностям с тангенциально направленными осями, отражательные диски 4, выполненные в виде усеченных конусов, ориентированных большими основаниями вверх, примыкающими к стенкам корпуса 1 с острым углом образующих к горизонтали, установленные осесимметрично над центробежными решетками 2, с внутренними отверстиями для прохождения жидкости и арочными прорезями 5, выполненными выпуклостью вверх с осями, направленными под острым углом к радиусу от периферии к центру и в одну и ту же сторону, под центробежными решетками 2 установлены центростремительные решетки 6 в виде усеченных конусов, ориентированных большими основаниями вверх, плотно прилегающими к внутренним стенкам корпуса 1, с острым углом образующих к горизонтали, в два раза большим, чем для центробежных решеток 2 с перфорациями в виде арочных по концентрическим окружностям с осями, направленными под острым углом к образующим от периферии к центру и в одну и ту же сторону, над каждой центростремительной решеткой 6 осесимметрично установлен отражательный конус 8, ориентированный вершиной вверх, диаметр основания которого меньше внутреннего диаметра колонны, с острым углом наклона образующей к горизонтали, меньше угла наклона образующих центробежной решетки 2, в отражательном конусе 3 выполнены арочные прорези 9 выпуклостью вверх с осями, направленными под острым углом к образующим от центра к периферии и в одну и ту же сторону, наружные кромки отражательного конуса одинаково удалены как от стенки корпуса 1, так и от поверхности центростремительной решетки 6 и жестко зафиксированы между собой, как и с центробежными решетками 2 и отражательными дисками 4.

Центростремительные решетки 6 и отражательные диски 4 крепятся к стенкам колонны 1 опорными элементами 10, а центробежные решетки 2 и отражательные конусы 8 крепятся к центростремительным решеткам 6 на опорных стыках. Жидкость подается в колонну по центральной трубе 12.

Работает колонна следующим образом.

Газ (пар) поступает в корпус 1 колонны (фиг.1-7) снизу и движется вверх, проходит через арочные прорези 7 центростремительной решетки 6 в направлении от периферии к центру, увлекает и перемещает в том же направлении жидкость, где она стекает вниз, взаимодействует тесно с ней, при этом, в результате чего происходит тепло- и массообмен между газом (паром) и жидкостью, после чего газ (пар) поднимается вверх, происходит через арочные прорези 9 отражательного конуса 8 в направлении от центра к периферии под острым углом к радиусу и увлекает жидкость, частично проваливающуюся сверху с центробежной решетки 2, к стенкам корпуса 1 и на поверхность центростремительной решетки 6. Газ (пар) с отражательного конуса 8 поступает в тангенциально направленные арочные прорези 3 центробежной решетки 2 и увлекает поступившую сверху жидкость, в результате образуется регулярно вращающийся двухфазный поток газа (пара) и жидкости, при этом жидкость совершает радиально-кольцевое движение от центра к периферии, где стекает вниз, а газ (пар) винтообразное движение вверх и поступает в арочные прорези 5 конического отражательного диска 4, на котором газ (пар) захватывает и перемещает жидкость, частично стекающую сверху с центростремительных решеток 6, от периферии к центру на центробежную решетку 2, газ (пар) поднимается вверх под вышерасположенную центростремительную решетку 6 и т.д. Кроме того, на конический отражательный диск 4 и на отражательный конус 8 жидкость попадается с газом (паром), поступающим снизу за счет механического уноса.

Как на центробежных решетках 2 под отражательным диском 4 жидкость движется от центра к периферии и контактирует с газом (паром), движущимся перекрестным током вверх, так и на центростремительных решетках 6 под отражательными конусами 8 жидкость движется от периферии к центру и контактирует с газом (паром), движущимся перекрестным током вверх, при этом достигается высокая степень турбулентного взаимодействия фаз и благоприятная структура потоков, обеспечивающие максимальную движущую силу процесса и высокую эффективность массообмена между фазами.

Технические преимущества заявляемого изобретения "Массообменная решетчатая колонна" по сравнению с прототипом заключается в обеспечении перекрестного потока жидкости и газа (пара) на распределительных решетках и противоточного движения газа (пара) и жидкости между решетками, в соударениях между фазами и в турбулизации фаз, что обеспечивает увеличение движущей силы процесса.

Общественно полезные преимущества заявляемого изобретения "Массообменная решетчатая колонна", вытекающие из технических преимуществ, по сравнению с прототипом, заключается в повышении эффективности массообмена между газом (паром) и жидкостью, в повышении четкости разделения и чистоты продуктов разделения и их качества, а также в уменьшении необходимого флегмового отношения в условиях ректификации, что приведет к снижению расхода пара на ректификацию и к снижению себестоимости продуктов разделения.

Использование: изобретение к конструкциям массообменных колонн с контактным устройством для эффективного взаимодействия систем газ /пар/ - жидкость в процессах абсорбции ректификации, промывки газовой, пищевой и в других смежных отраслях промышленности. Сущность изобретения: массобменная решетчатая колонна включает вертикальный корпус с поярусно расположенными внутри центробежными перфорированными решетками, с перфорациями в виде арочных прорезей. Между центробежными решетками расположены центростремительные перфорированные решетки с перфорациями в виде арочных прорезей. Диаметры центробежных решеток меньше внутреннего диаметра корпуса для стекания с центробежных решеток жидкости. В центрах центростремительных решеток выполнены отверстия для стекания через них жидкости. Над центробежными решетками расположены отражательные перфорированные диски в виде усеченных конусов. Над центростремительными решетками установлены отражательные перфорированные конусы, ориентированные вершинами вверх. 7 ил.

Массообменная решетчатая колонна, включающая вертикальный корпус с поярусно расположенными внутри центробежными перфорированными решетками с перфорациями в виде арочных прорезей выпуклостью вверх, расположенными по концентрическим окружностям, расположенные между центробежными решетками центростремительные перфорированные решетки, выполненные в виде конусов, ориентированных вершинами вниз с перфорациями в виде арочных прорезей выпуклостью вверх с осями, направленными под острым углом к образующим от периферии к центру в одну и ту же сторону, отличающаяся тем, что ценробежные решетки выполнены в виде конусов, ориентированных вершинами вверх, с острым углом образующей к горизонтали, угол образующей центростремительных решеток в два раза больше угла образующей центробежных решеток, диаметры центробежных решеток меньше внутреннего диаметра корпуса для стекания с центробежных решеток жидкости, оси арочных прорезей центробежных решеток направлены под острым углом к образующим от центра к периферии в одну и ту же сторону, в центрах центростремительных решеток выполнены отверстия для стекания через них жидкости, над центробежными решетками расположены отражательные перфорированные диски в виде усеченных конусов, ориентированных большими основаниями вверх, примыкающими к стенкам колонны, с перфорациями, выполненными в виде арочных прорезей выпуклостью вверх с осями, направленными под острым углом к радиусу от периферии к центру в одну и ту же сторону, над центростремительными решетками установлены отражательные перфорированные конуса, ориентированные вершинами вверх с углами наклона образующих к горизонтали, меньшими углов наклона образующих центробежных решеток, с наружным диаметром, меньшим внутреннего диаметра корпуса, перфорация отражательного конуса выполнены в виде арочных прорезей выпуклостью вверх с осями, направленными под острым углом к образующим от центра к периферии в одну и ту же сторону.