СПУСКНОЕ УСТРОЙСТВО (ВАРИАНТЫ) Российский патент 1998 года по МПК B01D3/20 B01F3/04 

Изобретение относится к усовершенствованной перегонной колонне, в частности к усовершенствованной сборке тарелки спускного устройства.

В процессе обычной работы тарелки в перегонной колонне поток жидкости опускается вниз, тогда как поток газа поднимается вверх. В перегонной колонне обычно имеется множество плит или тарелок. Тарелки имеют средства, позволяющие пару подниматься вверх, например, множество отверстий, в которых текущая жидкость контактирует с поднимающимся вверх на тарелку паром. Когда жидкость контактирует с паром, на каждой тарелке происходит массообмен, более легкий компонент(ы) концентрируется в верхней части колонны и более тяжелый компонент(ы) концентрируется в нижней части колонны.

Ранее известные спускные устройства описаны в пат. США N 2565355; 2582657; 2582826; 2699929; 2704504 и 3573172, в которых каждое спускное устройство имеет одинаковое поперечное сечение. Погруженный в воду пар поступает в спускное устройство, и выделение пара из жидкости происходит в определенной ограниченной зоне спускного устройства, необходимой для достижения этого, чтобы предотвратить преждевременное захлебывание колонны. Аналогично погруженные в пар капли жидкости поднимаются от тарелки. Если скорость подъема пара достаточно низкая, эти капли падают обратно и присоединяются к жидкости на тарелке, откуда они пришли. Так как скорость подъема пара растет, все больше и больше капель попадает наверх на тарелку. Эта жидкость должна затем стечь обратно через спускное устройство. Когда скорость пара достигает точки, в которой наверх попадает больше жидкости, чем может выгрузить спускное устройство, происходит захлебывание. Таким образом, при конструировании колонны следует учитывать существенный фактор, а именно активную площадь тарелки. Активная площадь тарелки определяется математически как площадь поперечного сечения, через которое проходит текущий вверх пар. Скорость подъема пара равна объему пара, отделенному на рабочую активную площадь колонны.

Пропускная способность колонны по пару обычно пропорциональна активной площади тарелки(ок). Установлено, что в спускном устройстве такое разделение паров и жидкости может совершаться за счет увеличения площади верхнего участка спускного устройства и уменьшения площади нижнего участка спускного устройства. Это фактически увеличивает площадь тарелки(ок) и проиллюстрировано, например, в пат. США NN 2420075; 2491726; 2591343; 2596249 и 4174363. Следовательно, усовершенствование убеждает поддерживать требуемую для выделения пара площадь спускного устройства при увеличении рабочей активной площади тарелки(ок).

В пат. США NN 5047179 и 5049319 Ная раскрыто усовершенствование спускного устройства перегонной колонны, в которой закрытый лоток спускного устройства расположен над примыкающей нижней тарелкой и присоединен к тарелке посредством перфорированной плиты, вследствие чего увеличивается рабочая активная площадь тарелки (за счет того, что часть тарелки, обычно занятая закрытым лотком спускного устройства, возвращается к использованию как часть тарелки, сквозь которую может проходить пар для контактирования с жидкостью на тарелке - контакт может осуществляться паром, проходящим через перфорированную плиту, соединенную с закрытым лотком и тарелкой), что увеличивает пропускную способность перегонной колонны. Вторая перфорированная плита обычно используется для замены прежнего закрытого лотка.

Тарелки Ная увеличивают рабочую активную площадь тарелки в колонне. Это достигается без потери любого полезного объема спускного устройства. Реальные испытания показали, что увеличение количества пропускаемого материала через колонну прямо пропорционально увеличению рабочей активной площади. Эта простая зависимость проявилась в 20% увеличении количества пропускаемого материала в сравнении с колонной, использующей известный тип спускных устройств.

Двигающиеся в основном вверх пары проходят вторую перфорированную плиту или любую другую, и затем первую перфорированную плиту, так же, как через тарелку, следовательно, первая перфорированная плита, проходящая между тарелкой и закрытым лотком, по существу, служит и, по крайней мере, функционирует как поверхность дополнительной тарелки. Аналогично вторая перфорированная плита, которая может быть установлена там, где раньше был установлен закрытый лоток, может также рассматриваться как дополнение к поверхности тарелки. Если это нужно, эта перфорированная тарелка наклонена, по крайней мере ее часть, и проходит в сторону от днища спускного устройства. Это дает небольшое увеличение поверхности и также облегчает проход пара и контактирование с жидкостью. Тарелки Ная и сборки спускных устройств получили широкий коммерческий успех.

Установлено, что перегонные колонны не относятся к числу тех, где искажается необходимая взаимосвязь перфорированной плиты и фартука в спускном устройстве, позволяющая некоторый рост паров в колонне для входа в спускное устройство.

Преимуществом настоящего изобретения является то, что исключается поток пара вверх от спускного устройства даже в случае нарушения режима работы колонны. Еще одним преимуществом является то, что может быть получен более высокий загиб и дополнительная рабочая площадь тарелки.

Эти и другие преимущества и свойства видны из последующего описания.

Первоначальным решением для предрешения этой проблемы был одиночный изгиб, больший чем 0-150^o, предпочтительно до 135^o, как, например, 45^o для образования выступа на нижнем крае фартука спускного устройства в спускное устройство. Выступ обеспечивает поверхность прогиба для подъема паров колонны.

Особенностью настоящего изобретения является усовершенствование участка перегонной колонны с закрытым лотком спускного устройства, расположенным выше примыкающей нижней тарелки и ниже фартука спускного устройства и имеющего первую перфорированную тарелку, проходящую вниз от закрытого лотка к нижней примыкающей тарелке, в котором содержится выступ фартука, расположенный вдоль радиуса с центром в спускном устройстве под углом, большим чем 0^o и меньшим чем 180^o, предпочтительно около 60-120^oC. Радиус предпочтительно равен 10-20% ширины днища спускного устройства. Аркообразный выступ настоящего изобретения обеспечивает более низкое давление капли через зазор между фартуком спускного устройства и закрытым лотком, чем через эквивалентный угловой изгиб. Это позволяет использовать меньший зазор между фартуком спускного устройства и закрытым лотком и улучшить "загибающую пропускную способность" колонны. Термин "загибающая пропускная способность", используемый здесь, означает процентное содержание ниже проектной пропускной способности, при которой колонна еще может работать. Более высокая загибающая пропускная способность дает более высокую гибкость в работе колонны.

Фартук данной конфигурации проходит в спускное устройство.

Кроме того, усовершенствование в виде выступа фартука спускного устройства допускает дополнение закрытого лотка перфорациями под выступом фартука. Таким образом, большая часть поверхности тарелки, утраченной из-за лотка, возвращается.

Фиг. 1 - схематическое изображение частичного вида в разрезе с собранным сбоку спускным устройством и закрытым лотком, имеющим на фартуке спускного устройства выступ под углом 45^o.

Фиг. 2 - схематическое изображение частичного вида в разрезе с собранным сбоку спускным устройством и закрытым лотком, имеющим аркообразный выступ на фартуке спускного устройства.

Фиг. 3 - схематическое изображение частичного вида в разрезе с собранным сбоку спускным устройством и закрытым лотком, имеющим аркообразный выступ на фартуке спускного устройства и перфорации на закрытом лотке.

На чертежах одни и те же элементы имеют одинаковое обозначение.

На фиг. 1 схематично изображено частичное поперечное сечение перегонной колонны, показывающее одну тарелку 24 со стенкой 12. Каждый фартук 14 спускного устройства образован плитой, предпочтительно наклонной плитой.

Площадь днища спускного устройства обычно составляет 50-70% площади верха спускного устройства.

Перфорированная плита 18, зависящая непосредственно от закрытого лотка и, кроме того, уплотненная, проходит вниз и вдоль лотка. Предпочтительно, перфорированная плита наклонена или хотя бы часть ее наклонена.

Нижний или донный элемент 26 частично перфорирован и действует как выступ тарелки 24.

В этом схематичном изображении тарелка и днище представлены как единый элемент.

Подробное описание вспомогательных конструкций, связанных с настоящим спускным устройством, дано в пат. США NN 5047179 и 5049319.

Пар проходит вверх через отверстия 28 в камеру 30, затем выходит через отверстия 20 перфорированной плиты 18. Закрытый лоток установлен против стенки 12 и образует герметичное уплотнение. Жидкость проходит в спускном устройстве через зазор 22 между выступом 8 фартука 14 и закрытым лотком над перфорированной плитой 18 на тарелку 24. Зазор 22 определяется скоростями потоков в колонне также, как и в известных устройствах. Т.к. спускные устройства, как правило, наклонены, реальная ширина днища спускного устройства будет уменьшаться с уменьшением зазора. На фиг. 1 зазор 22 имеет ширину Z. Нижняя часть 4 фартука 14 загнута вовнутрь в спускное устройство под углом α, равным 45^o, для образования выступа. Это допускает некоторое перекашивание сборки спускного устройства из-за характера колонны, которое выражается в несоосности выступа и перфораций 20 и пропускании пара в спускное устройство.

На фиг. 2 выступ 6 фартука 14 загнут вовнутрь по радиусу r (хотя реальный изгиб 4 может быть образован постепенно нарастающими сегментами, приближающимися к форме арки) вдоль дуги угла β. Длина радиуса и угол кривой определяют зазор 22, оставшийся после выступа. Предпочтительно зазор настолько мал, насколько это возможно, чтобы не вызывать захлебывания колонны при заданных условиях потока. Зазор 22А имеет высоту Z₂, меньшую чем Z, из-за того, что аркообразная форма выступа 6 имеет то же или более низкое давление капли, чем угловой изгиб на фиг. 1. Меньший зазор 22А допускает больший загиб и, следовательно, большую гибкость установки.

На фиг. 3 изображено то же, что и на фиг. 2, за исключением того, что на лотке 16 выполнены перфорации 20 А на площади, примыкающей к выступу 6, но за пределами выступа 8. В зависимости от количества дополнительных перфораций, это может увеличить пропускную способность колонны на несколько процентов сверх выгоды, получаемой на основных новых спускных устройствах.

Изобретение относится к усовершенствованию участка спускного устройства перегонной колонны. Спускное устройство имеет закрытый лоток, расположенный над примыкающей нижней тарелкой и под фартуком спускного устройства, первую перфорированную плиту, проходящую вниз от днища спускного устройства к нижней примыкающей тарелке. При этом на фартуке спускного устройства имеется выступ вдоль радиуса с центром в спускном устройстве под углом, большим 0 и меньшим, чем 180^o, с образованием выступа, проходящего в спускное устройство для предотвращения входа паров в спускное устройство из-за рассогласования в процессе установки, уменьшения выходной щели из спускного устройства и обеспечения дополнительных перфораций для пара. Преимуществом изобретения является то, что исключается поток пара вверх от спускного устройства даже в случае нарушения режима работы колонны. 2 с. и 13 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Спускное устройство для перегонной колонны, содержащее закрытый лоток и обычно направленную вниз наклонную плиту, имеющую по крайней мере одну поверхность, ограничивающую пространство, имеющее уменьшающийся книзу объем, отличающееся тем, что наклонная плита расположена вдоль закрытого лотка и несколько выше его и имеет выступ, прилегающий к закрытому лотку вдоль радиуса с центром в спускном устройстве под углом, большим 0^o и меньшим 180^o, а лоток имеет обычно направленную вниз перфорированную плиту, вытянутую вдоль и ниже закрытого лотка. 2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что перфорированная плита по крайней мере частично наклонена от закрытого лотка. 3. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что угол наклона составляет около 60 - 120^o. 4. Устройство по п.2, отличающееся тем, что наклонная плита заканчивается в или проходит до точки, имеющей минимальное расстояние от закрытого лотка по радиусу, определяемое из условия отсутствия захлебывания колонны. 5. Устройство по п.2, отличающееся тем, что наклонная плита заканчивается в точке, имеющей минимальное расстояние от закрытого лотка по радиусу, определяемое из условия отсутствия захлебывания колонны. 6. Устройство по п.1, отличающееся тем, что закрытый лоток имеет перфорации, примыкающие к выступу. 7. Устройство по п.1, отличающееся тем, что радиус выступа предпочтительно равен 10 - 20% ширины днища спускного устройства. 8. Устройство по п.1, отличающееся тем, что выступ выполнен аркообразным. 9. Устройство по п.1, отличающееся тем, что выступ выполнен в виде одного изгиба. 10. Спускное устройство для перегонной колонны, содержащее направленную вниз плиту и закрытый лоток, расположенный над примыкающей нижней тарелкой и под плитой, отличающееся тем, что плита имеет аркообразный выступ, расположенный вдоль радиуса с центром в спускном устройстве под углом более 0^o и менее 180^o и первую перфорированную плиту, проходящую вниз от закрытого лотка к нижней примыкающей тарелке. 11. Устройство по п.10, отличающееся тем, что упомянутый угол составляет около 60 - 120^o. 12. Устройство по п.10, отличающееся тем, что плита заканчивается в или перед точкой, имеющей минимальное расстояние от закрытого лотка по радиусу, определяемое из условия отсутствия захлебывания колонны. 13. Устройство по п.10, отличающееся тем, что плита заканчивается почти в точке, имеющей минимальное расстояние от закрытого лотка по радиусу, определяемое из условия отсутствия захлебывания колонны. 14. Устройство по п.10, отличающееся тем, что закрытый лоток имеет перфорации, примыкающие к выступу. 15. Устройство по п.10, отличающееся тем, что радиус выступа предпочтительно равен 10 - 20% ширины днища спускного устройства.