СЕКЦИОНИРОВАННАЯ НАСАДОЧНАЯ КОЛОННА Российский патент 1997 года по МПК B01D3/22 

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

Известна секционированная насадочная колонна, включающая вертикальный цилиндрический корпус, поддерживающую распределительную решетку, слой насадки на решетке, направляющий усеченный конус в периферийной части колонны, установленный меньшим основанием вниз, с арочными прорезями, вырубленными на поверхности конуса выпуклостью вверх, равномерно расположенными по концентрическим окружностям по отношению к оси конуса, сечение меньшего основания конуса равно не меньше 0,1 поперечного сечения колонны, перфорации поддерживающей распределительной решетки выполнены в виде арочных прорезей с направлением осей арочных прорезей от тангенциального, промежуточным между тангенциальным и радиальным, до радиального от центра к периферии соответственно с увеличением колонны, оси арочных прорезей на поверхности конуса направлены под острым углом к образующим конуса от периферии к центру, сечение арочных прорезей конусов больше сечений арочных прорезей распределительных решеток.

Известная массообменная колонна обеспечивает увеличение производительности за счет наличия сепарационного пространства между решетками со слоями насадки на них и повышение эффективности массообмена по сравнению с обычной известной насадочной колонной.

Недостатком известной массообменной колонны является недостаточная поверхность массообмена между жидкостью и газом (паром) при движении от периферии к центру, провал жидкости в периферированной части, байпасирование и каналообразование в потоках жидкости, в результате снижается эффективность массообмена между газом (паром) и жидкостью, так как при перемешивании жидкости общая эффективность массообмена ступени приближается к локальной эффективной эффективности массообмена, которая, как известно, всегда меньше 1.

Для повышения эффективности массообмена в секционированной насадочной колонне, включающей вертикальный цилиндрический корпус, внутри которого поярусно поочередно по высоте установлены центробежные секционирующие перфорированные решетки, и центростремительные секционирующие перфорированные решетки, выполненные в виде усеченных конусов, ориентированных большими основаниями вверх, плотно примыкающими к стенками корпуса колонны, перфорации решеток выполнены в виде арочных прорезей выпуклостями вверх, равномерно расположенных по концентрическим окружностям, оси арочных прорезей на центростремительных решетках направлены под острым углом к образующим от периферии к центру в одну и ту же сторону, слоя насадки, центробежные секционирующие перфорированные решетки выполнены в виде конусов, ориентированных вершинами вверх с диаметром меньше внутреннего диаметра колонны, угол наклона образующих центростремительных решеток к горизонтали в два раза больше, чем для центробежных решеток, оси арочных прорезей центробежных решеток направлены под острым углом к образующим от центра к периферии в одну и ту же сторону, высота слоя насадки на каждой решетке составляет 2,5 линейных размера элемента насадки, поперечные сечения между стенками корпуса колонны и наружными кромками центробежных решеток и внутренними кромками меньшего основания центростремительных решеток прикреплены сетки с ячейками, меньше линейных размеров элементов насадки.

Предлагаемая конструкция секционированной насадочной колонны за счет своих отличительных признаков обеспечивает решение поставленной технической задачи повышение эффективности массообмена в слоях насадки на центробежных решетках.

На фиг. 1 представлена секционированная насадочная колонна, продольный разрез; 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. 2; на фиг. 5 разрез Г-Г на фиг. 2; на фиг. 6 распорное кольцо, вид сверху; на фиг. 7 разрез Д-Д фиг. 6; на фиг. 8 - разрез Е-Е фиг. 6.

Секционированная насадочная колонна (фиг. 1 8) содержит вертикальный цилиндрический корпус 1, поярусно расположенные по высоте внутри корпуса поочередно центробежные секционирующие перфорированные решетки 2, выполненные в виде конусов, ориентированных вершинами вверх с диаметром оснований меньше внутреннего диаметра корпуса, с острым углом образующих к горизонтали, и центростремительные секционирующие перфорированные решетки 3, выполненные в виде усеченных конусов, ориентированных большими основаниями вверх, плотно прилегающими к стенками корпуса 1 колонны, с углом наклона образующих к горизонтали в два раза больше, чем для центробежных решеток 2, перфорации центробежных решеток 2 выполнены в виде арочных прорезей 4 выпуклостью вверх, расположенных равномерно по концентрическим окружностями, с осями, направленными под острым углом к образующим от центра к периферии в одну и ту же сторону, перфорации центростремительных решеток 3 выполнены в виде арочных прорезей 5 выпуклостью вверх, расположенных равномерно по концентрическим окружностям, с осями, направленными под острым углом к образующим от периферии к центру в одну и ту же сторону. Для плотного прилегания центростремительных решеток 3 к стенкам корпуса 1 их наружные кромки выполнены с отбортовкой вверх для плотного прижимания отбортовок к внутренним стенкам корпуса 1 распорными кольцами 6, к концам которых прикреплены упорные пластины 7 и 8, к одной 7 из которых прикреплен упорный винт 9, проходящий свободно в отверстие другой пластины 8, по обе стороны которой на упорный винт 9 навинчены гайки 10 и 11 так, что гайка 10 между упорными пластинами 7 и 8 навинчена до упора в пластину 8, и упорное кольцо плотно прижимается к внутренним стенкам корпуса 1 вместе с отбортовкой центростремительной решетки. Ось упорного винта 9 смещена внутрь окружности распорного кольца 6 и вверх относительно горизонтальной плоскости для возможности обслуживания гаек 10 и 11 сверху при установке распорного кольца 6 внутри центростремительной решетки 3. Распорные кольца 6 совместно с радиальными опорами 12 используются для крепления центробежных решеток 2. Кольцевое пространство между внутренними стенками корпуса 1 и наружными кромками центробежной решетки перекрыты сеткой 13. Внутреннее отверстие центростремительной решетки 3 перекрыто сеткой 14. Ячейки сеток 13 и 14 меньше геометрических линейных размеров насадки 15, беспорядочно засыпанной на центробежные 2 и центростремительные 3 решетки слоем оптимальной высокой, составляющей 2,5 линейных размера элемента насадки.

Жидкость подается в колонну над центром слоя насадки 15 центробежной решетки 2 по центральной трубе 16, а газ (пар) снизу.

Секционированная насадочная колонна работает следующим образом.

Газ (пар) поступает в корпус 1 колонны (фиг. 1 8) снизу и движется вверх, проходит через арочные прорези 5 центростремительной секционирующей решетки 3 и слой насадки 15 на ней, где контактирует с жидкостью, поднимается вверх над слоем насадки 15, проходит через арочные прорези 4 центробежной секционирующей решетки 2 и слой насадки 15 на ней, где контактирует с жидкостью и поднимается вверх над слоем насадки 15 под вышерасположенную центростремительную решетку 3 и т.д.

Жидкость поступает сверху по трубе 16 в центр над слоем насадки 15 на верхней центробежной секционирующей решетке 2 и движется от центра к периферии под действием количества движения потока газа (пара), выходящего через арочные прорези 4 под острым углом к образующим от центра к периферии и под действием наклона образующих конической центробежной решетки к горизонтали, при этом жидкость частично совершает кольцевое движение в поперечном направлении по отношению к радиальному направлению движения от центра к периферии. Структура потока жидкости в слое насадки на центробежной решетке близка к модели идеального вытеснения в радиальном направлении от центра к периферии при полном перемешивании жидкости по высоте слоя насадки.

Аналогично в слое насадки 15 на центростремительной решетке 3 жидкость движется от периферии к центру, структура потока жидкости близка к модели идеального вытеснения в радиальном направлении от периферии к центру при полном перемешивании жидкости по высоте слоя насадки.

Для обеспечения одинаковой средней высоты слоя жидкости на центробежных и центростремительных решетках и одинакового гидравлического сопротивления слоя жидкости, а также одинаковой эффективности массообмена секций угол наклона образующих конических центростремительных решеток принят в два раза больше, чем центробежных решеток, так как количество жидкости на центробежной решетке будет в два раза меньше, чем на центростремительной решетке, судя по объему прямого конуса при его высоте h_к, равному а объем воронки при ее высоте h_в равен где r_к=r_в, h_к=h_в, r_к, r_в радиусы оснований конуса и воронки.

Использование распорных колец 6 обеспечивает плотность сопряжения центростремительных решеток 3 со стенками корпуса 1, при этом не требуются специальные опорные элементы, привариваемые к стенкам корпуса 1, что намного снижает стоимость затрат на изготовление опорных средств, и стенки корпуса 1 остаются гладкими и невредимыми.

Технические преимуществао изобретения по сравнению с прототипом заключаются в повышении эффективности массообмена между газом (паром) и жидкостью вследствие изменения структуры потока жидкости в слое насадки на центробежных секционирующих решетках в сторону уменьшения продольного перемещения за счет увеличения радиальной скорости жидкости в слое насадки.

Общественно полезные преимущества изобретения, вытекающие из технических преимуществ, по сравнению с прототипом, заключаются в повышении эффективности массообмена секции с центробежными решетками в колонны в целом, повышении чистоты и качества продуктов разделения или в уменьшении необходимого флегмового числа для разделения смесей ректификацией, что выразится в уменьшении расхода тепла на ректификацию.

Изобретение относится к конструкциям массообменных колонн насадочного типа для взаимодействия систем газ (пар) - жидкость, предназначенных для процессов абсорбции, ректификации, промывка газов и особенно вакуумной ректификации и может найти применение в химической, нефтехимической, газовой и в других смежных отраслях промышленности. Сущность изобретения: секционированная насадочная колонная включает вертикальный цилиндрический корпус, внутри которого поярусно поочередно по высоте установлены центробежные секционирующие перфорированные решетки и центростремильные секционирующие перфорированные решетки, выполненные в виде усеченных конусов. Перфорации решеток выполнены в виде арочных прорезей выпуклостями вверх, равномерно расположенных по концентрическим окружностям. На каждой решетке беспорядочно расположен слой насадки. Высота слоя насадки на каждой решетке составляет 2,5 линейных размера элемента насадки. В поперечных сечениях между стенками корпуса колонны и наружными кромками центробежных решеток и внутренними кромками меньшего основания центростремительных решеток прикреплены сетки с ячейками, меньше линейных размеров элементов насадки. 8 ил.

Секционированная насадочная колонна, включающая вертикальный цилиндрический корпус, внутри которого поярусно поочередно по высоте установлены центробежные секционирующие перфорированные решетки и центростремительные секционирующие перфорированные решетки, выполненные в виде усеченных конусов, ориентированных большими основаниями вверх, плотно примыкающими к стенкам корпуса колонны, перфорации решеток выполнены в виде арочных прорезей выпуклостями вверх, равномерно расположенных по концентрическим окружностям, оси арочных прорезей на центростремительных решетках направлены под острым углом к образующим от периферии к центру в одну и ту же сторону, слой насадки, отличающаяся тем, что центробежные секционирующие перфорированные решетки выполнены в виде конусов, ориентированных вершинами вверх с диаметром меньше внутреннего диаметра колонны, угол наклона образующих центростремительных решеток к горизонтали в два раза больше, чем для центробежных решеток, оси арочных прорезей центробежных решеток направлены под острым углом к образующим от центра к периферии в одну и ту же сторону, высота слоя насадки на каждой решетке составляет 2,5 линейных размера элемента насадки, в поперечных сечениях между стенками корпуса колонны и наружными кромками центробежных решеток и внутренними кромками меньшего основания центростремительных решеток прикреплены сетки с ячейками меньше линейных размеров элементов насадки.