КОЛОННА С ПРЯМОТОЧНЫМИ СТРУЙНЫМИ ТАРЕЛКАМИ Российский патент 1997 года по МПК B01D3/20 

Изобретение относится к конструкциям массообменных колонн для систем газ (пар) жидкость, предназначенных для проведения процессов абсорбции, ректификации, промывки газов, и может найти применение в химической, нефтехимической, газовой, пищевой и других смежных отраслях промышленности.

Известна колонна с прямоточными струйными тарелками, включающая тарелки с арочными прорезями для прохода газа (пара), выполненными методом вырубного штампа. На тарелках газ (пар) проходит через арочные прорези в слой жидкости и движется с ней на тарелке прямоточно в направлении от сливного к переливному порогу. На смежных по высоте тарелках колонны жидкость движется в противоположных направлениях (Рамм В. М. Абсорбция газов, М. Химия, 1966, с. 509).

Недостатком известной колонны является малая длина пути движения жидкости на тарелке, что отрицательно сказывается на эффективности массообмена тарелок колонны.

Наиболее близкой к заявляемой по технической сущности к достигаемому эффекту является колонна с прямоточными струйными тарелками, включающая вертикальный цилиндрический корпус с расположенными внутри поярусно по высоте горизонтальными струйными прямоточными тарелками с перфорациями в виде арочных прорезей выпуклостями вверх для прохождения газа (пара), расположенных по концентрическим окружностям с тангенциально направленным осями, переливные устройства для слива жидкости с верхних ни нижние тарелки (авт. св. СССР N 566597, кл. B 01 D 3/20, Бюл. N 28, 1977).

Недостатком известной колонны является малая длина пути движения жидкости от центра к периферии и малая скорость движения жидкости на тарелке, что приводит к продольному (обратному) перемешиванию жидкости на тарелке, снижающему движущую силу процесса и эффективность массообмена тарелки на Мерфри.

Цель заявляемого изобретения повышение эффективности массообмена тарелки по Мерфри за счет уменьшения продольного (обратного) перемешивания жидкости на тарелке.

Цель достигается тем, что в колонне со струйными тарелками, содержащей вертикальный цилиндрический корпус с расположенными внутри поярусно по высоте горизонтальными струйными прямоточными тарелками, на тарелках выполнены перфорации в виде арочных прорезей выпуклостями вверх с тангенциально направленными осям в одну и ту же сторону, переливные устройства, каждая тарелка перегорожена диаметральными перегородками, расположенными в одной вертикальной плоскости, примыкающей к стенке корпуса по вертикальной линии, длина каждой перегородки больше половины диаметра корпуса, на каждой тарелке в зоне примыкания диаметральной перегородки к корпусу выполнены переливные устройства в виде вмонтированных в плиты тарелок вертикальных переливных труб, верхние кромки которых расположены над поверхностями плит тарелок, а нижние части переливных труб являются сливными трубами нижерасположенных тарелок, нижние кромки сливных труб расположены выше плит тарелок на величину, равную не менее 1/4 внутреннего диаметра сливной трубы, внутри окружности, проходящей через наружный вертикальный срез диаметральной перегородки, оси арочных прорезей направлены параллельно плоскости перегородки от сливной трубы по одну сторону перегородки и в сторону переливной трубы по другую сторону диаметральной перегородки.

Предлагаемая конструкция колонны с прямоточными струйными тарелками за счет своих отличительных признаков обеспечивает решение поставленной технической задачи повышение эффективности массообмена тарелки по Мерфри.

На фиг. 1 представлен продольный вертикальный разрез колонны с прямоточными струйными тарелками; на фиг. 2 поперечный разрез А-А на фиг. 1; на фиг. 3 то же, разрез Б-Б на фиг. 1; на фиг. 4 разрез В-В на фиг. 2; на фиг. 5 разрез Г-Г на фиг. 2.

Колонна с прямоточными струйными тарелками содержит (фиг. 1-5) цилиндрический вертикальный корпус 1 с расположенными внутри поярусно по высоте горизонтальными струйными прямоточными тарелками 2 и 3, каждая из которых перегорожена диаметральными перегородками 4, расположенными в одной вертикальной плоскости, примыкающей к стенке корпуса 1 по вертикальной линии, длина каждой перегородки 4 больше половины диаметра корпуса 1, на каждой тарелке 2 и 3 в зоне примыкания перегородки 4 к корпусу 1 в плиты тарелок 2 и 3 вмонтированы вертикальные переливные трубы 5, верхние кромки которых расположены над поверхностями плит тарелок, соответственно 2 и 3, нижние части переливных труб 5 являются сливными трубами 6 нижерасположенных, соответственно тарелок 3 и 2, нижние кромки сливных труб 6 расположены выше плит тарелок 3 и 2 на величину, равную не менее 1/4 внутреннего диаметра сливной трубы, на плитах тарелок 2 и 3 выполнены перфорации в виде арочных прорезей 7 выпуклостями вверх с тангенциально направленными осями в одну и ту же сторону, в периферийных частях тарелок 2 и 3 за пределами окружности, проходящей через наружный вертикальный срез перегородки 4, а внутри этой окружности арочные прорези 8 направлены параллельно плоскости перегородки 4 и от сливной трубы 6 по одну сторону перегородки 4 и в сторону переливной трубы 5 по другую сторону перегородки 4.

Колонна с прямоточными струйными тарелками работает следующим образом.

Жидкость подается в сливную трубу 6 самой верхней струйной прямоточной тарелки 2 и движется вдоль диаметральной перегородки 4, контактируя с газом (паром), выходящем через тангенциально направленные арочные прорези 7 и арочные прорези 7, направленные параллельно плоскости перегородки 4, при этом газ (пар) входит в слой жидкости, отдает ей часть кинетической энергии, благодаря чему жидкость движется прямоточно с газом (паром), огибает перегородку 4, движется вдоль диаметральной перегородки 4 с другой стороны в противоположном направлении в сторону переливной трубы 5 на тарелке 2, стекает через верхние кромки переливной трубы 5 и уже через нижнюю часть переливной трубы 5, являющейся сливной трубой 6, жидкость сливается на нижерасположенную струйную прямоточную тарелку 3, где движется в противоположном направлении по сравнению со струйной прямоточной тарелкой 2, взаимодействует с газом (паром) аналогично, как и на тарелке 2 и т.д.

На тарелках 2 и 3 жидкость совершает прямоточное движение с газом (паром) в противоположных направлениях, при этом длина пути движения жидкости увеличивается в два раза, а линейная скорость движения жидкости тоже увеличивается в два раза, что обеспечивает интенсификацию массопередачи в жидкой фазе за счет конвективного переноса массы, при этом за счет увеличения скорости и длины пути движения жидкости снижается продольное (обратное) перемешивание жидкости, что обеспечивает увеличение общей эффективности массообмена тарелки на Мерфри, что наглядно видно из выражений:
E_му = f(E_ру, Pe_L, λ) (I)
где E_му общая эффективность массообмена тарелки по Мерфри в газовой (паровой) фазе;
E_ру локальная (точечная) эффективность массообмена тарелки для газовой (паровой) фазы;
критерий Пекле для жидкой фазы;
массообменный фактор;
ω_L линейная скорость движения на тарелке, м/с;
l_n длина пути движения жидкости на тарелке, м;
D_т коэффициент продольного (обратного) перемешивания жидкости на тарелке, м²/с;
m тангенс угла наклона касательной к кривой равновесия;
G, L нагрузки тарелок по газу (пару) и жидкости, кг/с.

Использование: изобретение относится к конструкциям массообменных колонн для взаимодействия систем газ (пар) - жидкость, предназначенных для проведения процессов абсорбции, ректификации, и может найти применение в химической, нефтехимической, газохимической, газовой и в других смежных отраслях промышленности. Сущность изобретения: в колонне с прямоточными струйными тарелками, содержащей вертикальный цилиндрический корпус с расположенными внутри поярусно по высоте горизонтальными струйными прямоточными тарелками, переливные устройства, каждая тарелка перегорожена диаметральными перегородками, расположенными в одной вертикальной плоскости, примыкающей к стенке корпуса по вертикальной линии. Длина каждой перегородки больше половины диаметра корпуса. На каждой тарелке в зоне примыкания диаметральной перегородки к корпусу выполнены переливные устройства в виде вмонтированных в плиты тарелок вертикальных переливных труб, верхние кромки которых расположены над поверхностями плит тарелок, а нижние части переливных труб являются сливными трубами нижерасположенных тарелок. Нижние кромки сливных труб расположены выше плит тарелок на величину, равную не мене 1/4 внутреннего диаметра сливной трубы. На плитах тарелок выполнены перфорации в виде арочных прорезей выпуклостями вверх с тангенциально направленными осями в одну и ту же сторону в периферийных частях тарелок за пределами окружности, проходящей через наружный вертикальный срез диаметральной перегородки, а внутри этой окружности оси арочных прорезей направлены параллельно плоскости перегородки от сливной трубы по одну сторону перегородки и в сторону переливной трубы по другую сторону диаметральной перегородки. 5 ил.

Колонна с прямоточными струйными тарелками, содержащая вертикальный цилиндрический корпус с расположенными внутри поярусно по высоте горизонтальными струйными прямоточными тарелками, на тарелках выполнены перфорации в виде арочных прорезей выпуклостями вверх с тангенциально направленными осями в одну и ту же сторону, переливные устройства, отличающаяся тем, что каждая тарелка перегорожена диаметральными перегородками, расположенными в одной вертикальной плоскости, примыкающей к стенке корпуса по вертикальной линии, длина каждой перегородки больше половины диаметра корпуса, на каждой тарелке в зоне примыкания диаметральной перегородки к корпусу выполнены переливные устройства в виде вмонтированных в плиты тарелок вертикальных переливных труб, верхние кромки которых расположены над поверхностями плит тарелок, а нижние части переливных труб являются сливными трубами нижерасположенных тарелок, нижние кромки сливных труб расположены выше плит тарелок на величину, равную не менее 1/4 внутреннего диаметра сливной трубы, внутри окружности, проходящей через наружный вертикальный срез диаметральной перегородки, оси арочных прорезей направлены параллельно плоскости перегородки от сливной трубы по одну сторону перегородки и в сторону переливной трубы по другую сторону диаметральной перегородки.