ВАКУУМНАЯ РЕШЕТЧАТАЯ КОЛОННА Российский патент 1998 года по МПК B01D3/24 B01D3/22 B01D3/32 

Изобретение относится к конструкциям массообменных колонн для взаимодействия систем газ (пар) - жидкость, предназначенных для процессов абсорбции, ректификации и преимущественно вакуумной 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, установленного 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 (авт. св. СССР N 1321438, кл. B 01 D 3/22, 1987).

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 массобмена между газом (паром) и жидкостью.

Наиболее близкой к заявляемой по технической сущности и достигаемому результату является вакуумная решетчатая колонна, включающая вертикальный цилиндрический корпус с поярусно расположенными внутри центробежными и центростремительными решетками, с перфорациями в виде арочных прорезей выпуклостью вверх, расположенных равномерно по концентрическим окружностям (авт. св. СССР N 1755858, кл. В 01 D 3/22, 3/32, 1992).

Недостатком известной решетчатой колонны является малая эффективность массообмена между газом (паром) и жидкостью.

Для повышения эффективности массообмена в вакуумной решетчатой колонне, включающей вертикальный цилиндрический корпус, внутри которого по высоте поярусно расположены центробежные решетки с диаметром, равным внутреннему диаметру корпуса, центростремительные решетки, установленные под центробежными решетками, выполненные в виде конусов, ориентированных основаниями вверх, плотно прилегающими к внутренним стенкам колонны, при этом на центробежных и центростремительных решетках выполнены арочные прорези выпуклостями вверх, расположенные равномерно по концентрическим окружностям, центробежные решетки выполнены в виде конусов, ориентированных вершинами вверх с острым углом наклона образующих к горизонтали в два ряда меньшим, чем для центробежных решеток, над центробежными решетками осесимметрично установлены отражательные диски, выполненные в виде усеченных конусов, ориентированных большими основаниями вверх и примыкающих к стенкам корпуса, над центростремительными решетками осесимметрично установлены отражательные конуса, ориентированные вершинами вверх с острым углом образующих к горизонтали и с диаметром, меньшим внутреннего диаметра корпуса, на отражательных дисках и конусах выполнены арочные прорези выпуклостями вверх, расположенные равномерно по концентрическим окружностям, оси арочных прорезей на центростремительных решетках и на отражательных конических дисках направлены под острым углом к образующим от периферии к центру и в одну и ту же сторону, а на отражательных конусах и на центробежных решетках - под острым углом к образующим от центра к периферии в одну и ту же сторону.

Предлагаемая конструкция вакуумной 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 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 показано сечение Д-Д на фиг. 3; на фиг. 7 - сечение Е-Е на фиг. 3.

Вакуумная решетчатая колонна 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, равными внутреннему диаметру корпуса 1, с перфорациями, выполненными в виде арочных прорезей 3 выпуклостью вверх, расположенных по концентрическим окружностям с осями, направленными под острым углом к образующим от центра к периферии в одну и ту же сторону, 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 больше, 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 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 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 конуса 8 крепятся к центростремительным решеткам 6 на опорных стойках 11. Центростремительная решетка 6 и отражательный конус 8 крепятся между собой дистанционным болтом 12. Жидкость подается в колонну по трубе 13.

Работает вакуумная решетчатая 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, взаимодействуя тесно с ней при этом, в результате чего происходит тепло- и массообмен между газом (паром) и жидкостью, после чего газ (пар) поднимается, проходит через арочные прорези 9 отражательного конуса 8 в направлении от центра к периферии под острым углом к образующей и увлекает жидкость, частично проваливающуюся сверху с центробежной решетки 2 или унесенную с газом (паром) с нижней центростремительной решетки 6, к стенкам корпуса 1 и на периферийную поверхность центростремительной решетки 6. Газ (пар) с отражательного конуса 8 поступает в направленные под острым углом к образующим от центра к периферии арочные прорези 3 центробежной решетки 2 и увлекает поступившую сверху жидкость, в результате образуется слегка регулярно вращающийся двухфазный поток газа (пара) и жидкости, при этом жидкость совершает радиально-кольцевое движение от центра к периферии, где стекает вниз через арочные прорези 3, 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 или унесенную снизу с центробежных решеток 2 с газом (паром), от периферии к центру на центробежную решетку 2, а газ (пар) поднимается под вышерасположенную центростремительную решетку 6 и т.д. Так как количество жидкости, стекающей по решеткам, очень мало в условиях вакуумной ректификации, то для стока жидкости не предусматривается сливных устройств, а сливается жидкость через арочные прорези.

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 отражательным конусом 8 жидкость движется от периферии к центру и контактирует с газом (паром), движущимся перекрестным током вверх, при этом достигаются высокая степень турбулентного 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 противопоточного 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 наклона образующей к горизонтали. При этом повышаются четкость разделения, чистота продуктов разделения и их качество, а также уменьшается необходимое флегмовое отношение в условиях ректификации, что приводит к снижению расхода пара на ректификацию и к снижению себестоимости продуктов разделения.

Изобретение может быть использовано в химической, нефтехимической, газовой и смежных с ними отраслях промышленности. Сущность изобретения: вакуумная решетчатая колонна включает вертикальный цилиндрический корпус, внутри которого по высоте поярусно расположены центробежные решетки с диаметром, равным внутреннему диаметру корпуса, центростремительные решетки, установленные под центробежными решетками, выполненные в виде конусов, ориентированных основаниями вверх, плотно прилегающими к внутренним стенкам колонны, при этом на центробежных и центростремительных решетках выполнены арочные прорези выпуклостями вверх, расположенные равномерно по концентрическим окружностям, центробежные решетки выполнены в виде конусов, ориентированных вершинами вверх с острым углом наклона образующих к горизонтали в два раза меньшим, чем для центробежных решеток, над центробежными решетками осесимметрично установлены отражательные диски, выполненные в виде усеченных конусов, ориентированных большими основаниями вверх и примыкающих к стенкам корпуса, над центростремительными решетками осесимметрично установлены отражательные конуса, ориентированные вершинами вверх с острым углом образующих к горизонтали и с диаметром, меньшим внутреннего диаметра корпуса, на отражательных дисках и конусах выполнены арочные прорези выпуклостями вверх, расположенные равномерно по концентрическим окружностям, оси арочных прорезей на центростремительных решетках и на отражательных конических дисках направлены под острым углом к образующим от периферии к центру в одну и ту же сторону, а на отражательных конусах и на центробежных решетках - под острым углом к образующим от центра к периферии в одну и ту же сторону. Изобретение позволяет повысить эффективность массообмена между газом (паром) и жидкостью за счет уменьшения продольного перемешивания жидкости на тарелке и увеличения времени пребывания жидкости на тарелке в контакте с газом (паром). 7 ил.

Вакуумная решетчатая колонна, включающая вертикальный цилиндрический корпус, в котором по высоте поярусно расположены центробежные решетки диаметром, равным внутреннему диаметру корпуса, центростремительные решетки, установленные под центробежными решетками, выполненные в виде конусов, ориентированных основаниями вверх, плотно прилегающими к внутренним стенкам колонны, при этом на центробежных и центростремительных решетках выполнены арочные прорези выпуклостями вверх, расположенные равномерно по концентрическим окружностям, отличающаяся тем, что центробежные решетки выполнены в виде конусов, ориентированных вершинами вверх с острым углом наклона образующих к горизонтали в два раза меньшим, чем для центробежных решеток, над центробежными решетками осесимметрично установлены отражательные диски, выполненные в виде усеченных конусов, ориентированных большими основаниями вверх и примыкающих к стенкам корпуса, над центростремительными решетками осесимметрично установлены отражательные конуса, ориентированные вершинами вверх с острым углом образующих у горизонтали и диаметром, меньше внутреннего диаметра корпуса, на отражательных дисках и конусах выполнены арочные прорези выпуклостями вверх, расположенные равномерно по концентрическим окружностям, оси арочных прорезей на центростремительных решетках и на отражательных конических дисках направлены под острым углом к образующим от периферии к центру и в одну и ту же сторону, а на отражательных конусах и на центробежных решетках - под острым углом к образующим от центра к периферии в одну и ту же сторону.