МАССООБМЕННАЯ ВАКУУМНАЯ КОЛОННА Российский патент 1998 года по МПК B01D3/24 B01D3/32 

Изобретение относится к конструкциям массообменных колонн для взаимодействия систем газ (пар)-жидкость, предназначенных для процессов абсорбции, ректификации и особенно вакуумной ректификации, и может найти применение в химической, нефтехимической, газовой, пищевой и смежных с ними отраслей 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 к 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 выходным отверстиям арочных прорезей (авторское свидетельство СССР N 1321438, кл. B 01 D 3/22, 1987).

Недостаток 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 заявляемой по технической сущности и достигаемому эффекту является массообменная колонна, включающая вертикальный корпус с поярусно расположенными внутри центробежными решетками, с перфорациями в виде арочных прорезей выпуклостью вверх с тангенциально направленными осями, расположенными по концентрическим окружностям, и расположенные между центробежными решетками центростремительные перфорированные решетки, выполненные в виде конусов, с перфорациями (авторское свидетельство СССР N 1755858, кл. B 01 D 3/22, 3/32, 1992).

Недостатком известной массообменной колонны является невысокая эффективность массообмена между газом (паром) и жидкостью.

Для повышения эффективности массообмена в массообменный вакуумной колонне, включающей вертикальный корпус с поярусно расположенными внутри центробежными решетками с перфорациями в виде арочных прорезей выпуклостью вверх с тангенциально направленными осями, 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 и над ними расположены отражательные перфорированные диски в виде усеченных конусов, ориентированных большим основанием 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 конусы, ориентированные вершинами вверх с углами наклона образующих к горизонтали, меньшими угла 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, а угол образующей к горизонтали конусов центростремительных решеток в 2 раза больше угла образующей к горизонтали конусов центробежных решеток.

Массообменная вакуумная колонна (фиг. 1 - 11) 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, примыкающими к диаметру корпуса 1, с перфорациями, выполненными в виде арочных прорезей 3 выпуклостью вверх, расположенными 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 конусов, ориентированных 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 образующей центробежной решетки 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 8 и жестко зафиксированы между собой опорными стойками 10.

Центростремительные решетки 6 и отражательные диски 4 выполнены с наружными отбортовками для крепления их распорными кольцами 11, которые плотно прижимают их отбортовки к стенке корпуса 1. Распорное кольцо 11 выполнено в виде разрезного обруча из металлического стержня, на концах которого прикреплены упорные пластины 12 и 13, к одной 12 из которых прикреплен упорный винт 14, проходящий свободно в отверстие другой упорной пластины 13, по обе стороны которой на упорный винт 14 завинчены гайки 15 и 16 так, что гайка 15 между упорными пластинами 12 и 13 навинчена до упора в пластину 13 и распорное кольцо 11 плотно прижимается к внутренней стенке корпуса 1. Ось упорного винта 14 распорного кольца 11 смещена внутрь окружности распорного кольца 11 и вверх относительного горизонтальной плоскости для возможности безпрепятственного обслуживания гаек 15 и 16 и беспрепятственной установки кольца 11.

Центростремительные решетки 6 соединены жестко с отражательными конусами 8 дистанционными болтами 17 с гайками. Жидкость подается в верхнюю часть колонны по патрубку 18.

Работает колонна следующим образом.

Газ (пар) поступает в корпус 1 колонны 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 через арочные прорези 7, 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 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, стекает через арочные прорези 3 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. На конический отражательный диск 4 и на отражательный конус 8 жидкость попадает также 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 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.

При этом повышается эффективность массообмена между газом (паром) и жидкостью, четкость разделения и чистоты продуктов разделения и их качество, а также уменьшается необходимое флегмовое отношение в условиях ректификации, что приведет к снижению расхода пара на ректификацию и к снижению себестоимости продуктов разделения.

Изобретение может быть использовано для эффективного взаимодействия систем газ(пар) - жидкость в процессах абсорбции, ректификации и особенно вакуумной ректификации, применяющихся в химической, нефтехимической, пищевой и в других смежных отраслях промышленности. Сущность изобретения: массообменная вакуумная колонна включает вертикальный корпус с поярусно расположенными внутри центробежными решетками с перфорациями в виде арочных прорезей выпуклостью вверх с тангенциально направленными осями, расположенными по концентрическим окружностям, и 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 и над ними расположены отражательные перфорированные диски в виде усеченных конусов, ориентированных большим основанием 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, а угол образующей к горизонтали конусов центростремительных решеток в 2 раза больше угла образующей к горизонтали конусов центробежных решеток. Предлагаемая конструкция массообменной вакуумной колонны за счет своих отличительных элементов обеспечивает решение поставленной технической задачи по повышению эффективности массообмена между газом(паром) и жидкостью. 11 ил.

Массообменная вакуумная колонна, включающая вертикальный корпус с поярусно расположенными внутри центробежными решетками с перфорациями в виде варочных прорезей выпуклостью вверх, с тангенциально направленными осями, расположенными по концентрическим окружностям, расположенные между центробежными решетками центростремительные перфорированные решетки, выполненные в виде конусов, ориентированных вершинами вниз, с перфомациями 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 решетки выполнены в виде конусов, ориентированных вершинами вверх, с острым углом образущей к горизонтали и над ними расположены отражательные перфорированные диски в виде усеченных конусов, ориентированных большим основанием 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 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, а угол образующей к горизонтали конусов центростремительных решеток в 2 раза больше угла образующей к горизонтали конусов центробежных решеток.