РЕШЕТЧАТАЯ КОЛОННА Российский патент 1997 года по МПК B01D3/24 

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 отраслях промышленности.

Известна массообменная колонна, включающая вертикальный цилиндрический корпус, распределительную решетку, слой насадки на решетке, поддерживающую распределительную решетку, слой насадки на решетке, перераспределитель жидкости для насадочных колонн, выполненный в виде направляющего усеченного конуса в 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 основания конуса по его периметру выполнены отогнутые вверх под острым углом лепестки навстречу входным отверстиям арочных прорезей [1]
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 (паром) и жидкостью.

Наиболее близкой к предлагаемой по технической сущности и достигаемому эффекту является решетчатая колонна, 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 [2]
Недостатком известной решетчатой колонны является снижение эффективности массообмена между газом (паром) и жидкостью вследствие продольного перемещения жидкости на решетчатых тарелках при малых радиальных скоростях жидкости на центробежных решетках.

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, 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 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, о 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 конусы, ориентированные вершинами вверх с углами наклона образующих к горизонтали, меньшими углов 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 решетчатой колонны за счет своих отличительных признаков обеспечивает решение поставленной технической задачи повышение эффективности массообмена между газом (паром) и жидкостью.

На фиг. 1 схематически представлена решетчатая колонна, продольный разрез; на фиг. 2 разрез в плоскости 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.

Решетчатая колонна (фиг. 1 7) содержит вертикальный цилиндрический корпус 1, поярусно расположенные по высоте внутри корпуса центробежные контактные решетки 2, выполненные в виде конусов, ориентированных вершинами вверх с острым углом образующих к горизонтали, с диаметрами 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 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 прорезей 7, выполненных выпуклостью вверх и расположенных 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 решеткой 2, в отражательном конусе 8 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 стойках 11. 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, взаимодействуя тесно с ней при этом, в результате чего происходит тепло- и массообмен между газом (паром) и жидкостью, после чего газ (пар) поднимается вверх, проходит 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 решеткой 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, а 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 попадает 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 турбулентности взаимодействия фаз и благоприятная структура потоков, обеспечивающие максимальную движущую силу процесса и высокую эффективность массообмена между фазами.

Технические преимущества изобретения по сравнению с прототипом заключаются 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, а также в увеличении радиальной составляющей скорости жидкости на центробежной решетке, что обеспечивает повышение эффективности массообмена и уменьшение высоты центробежной решетки за счет возможности уменьшения угла образующей к горизонтали.

Общественно полезные преимущества изобретения, вытекающие из технических преимуществ, по сравнению с прототипом заключаются 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 относится к конструкциям массообменных колонн с контактными устройствами для эффективного взаимодействия систем газ(пар)-жидкость в процессах абсорбции, ректификации, промывки газов и может найти применение в химической, нефтехимической, газовой, пищевой и в других смежных отраслях промышленности. Сущность изобретения: решетчатая колонна включает вертикальный корпус с поярусно расположенными внутри центробежными перфорированными решетками с перфорациями в виде арочных прорезей и расположенные между центробежными решетками центростремительные перфорированные решетки с перфорацией в виде арочных прорезей. 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 с перфорациями, выполненными в виде арочных прорезей. Над центростремительными решетками установлены отражательные перфорированные конусы. Перфорации отражательного конуса выполнены в виде арочных прорезей. 7 ил.

Решетчатая колонна, 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, отличающаяся тем, что 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 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, 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.