СПОСОБ ПОДАЧИ СРЕДЫ В УСТРОЙСТВО, В ЧАСТНОСТИ В КОЛОННУ, И КОЛОННА ДЛЯ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ СПОСОБА Российский патент 2001 года по МПК B01D3/00 B01D53/18 

Изобретение относится к способу подачи среды в устройство согласно ограничительной части п. 1 формулы изобретения, а также к колонне, в которой осуществляют способ, согласно ограничительной части п.4 формулы изобретения.

В противоточных колоннах, содержащих насадку для осуществления тепло- и/или массообмена между жидкостью и газом, газ необходимо подавать ниже насадки так, чтобы он протекал вверх в насадку как можно более равномерно. Для этого могут быть предусмотрены различные известные меры - по отдельности или в комбинации, имеющие, однако, недостатки. Эти меры касаются мест, к которым подается газ, и формы осуществления этого: 1. В пространстве между местом подачи газа и насадкой происходит успокоение потока. Выбор достаточно большой величины успокоения был бы сам по себе предпочтителен, однако по разным причинам, например из-за высокой стоимости или нехватки места, часто невозможен. 2. Низкие скорости течения подаваемого газа приводят к быстрому успокоению потока. Они достигаются с помощью множества подающих труб и/или их больших диаметров, однако по уже названным причинам, как правило, не могут быть реализованы. 3. Особые конструкции, обеспечивающие равномерное газораспределение, сложны и потому дороги и/или создают высокие потери давления, так что применение низкого давления (давление, как правило, менее 100 мбар) не рассматривается.

Известен простой газораспределитель, действующий на подаваемый газовый поток в качестве отклоняющего узла. Этот отклоняющий узел содержит отражательную плиту, которая, будучи расположена вертикально перед устьем подающей трубы, соединена со стенкой колонны двумя горизонтальными плитами выше и ниже устья. С помощью такого отклоняющего узла создается способ распределения, при котором образуются два частичных потока, которые, в основном, зеркально-симметрично протекают вдоль внутренней стенки колонны, а затем после повторного соединения образуют текущий обратно поток, горизонтальная составляющая скорости которого направлена радиально к отклоняющему узлу. Этот текущий обратно поток делает необходимым относительно большую величину успокоительного пространства над отклоняющим узлом.

Задачей изобретения является создание способа, при котором с помощью простого отклоняющего узла было бы возможным улучшение распределения газа или другой среды. Это распределение должно происходить в колонне или другом устройстве, например в проточном реакторе с неподвижным слоем, у которого жидкость подлежит распределению под или над неподвижным слоем. Эта задача решается способом, охарактеризованным в п.1 формулы изобретения.

С помощью способа среду подают в устройство, в частности колонну, у которой подающая труба для среды заканчивается в отклоняющем узле. Последний расположен на вертикальном расстоянии от насадки, в частности набивки колонны. В отклоняющем узле образуют два частичных потока, которые, в основном, зеркально-симметрично протекают вдоль внутренней стенки колонны, а затем после повторного соединения образуют текущий обратно поток, горизонтальная составляющая скорости которого направлена радиально к отклоняющему узлу. Посредством отклоняющего узла образуется, по меньшей мере, один третий частичный поток, направленный радиально и противоположно относительно текущего обратно потока повторно соединенных между собой частичных потоков. Третий частичный поток образован настолько сильным, что, в основном, препятствует текущему обратно потоку протекать через центр колонны.

Зависимые п. п. 2 и 3 формулы изобретения относятся к предпочтительным формам выполнения способа согласно изобретению. Объектом п.п.4-10 формулы является устройство, в частности колонна, в которую среду подают способом согласно изобретению.

Изобретение поясняется ниже с помощью чертежа, на котором изображают:
- фиг. 1- в виде фрагмента и в продольном разрезе колонну с отклоняющим узлом для подаваемого газа, который способом согласно изобретению может распределяться по сечению колонны;
- фиг.2 - сечение этой же колонны;
- фиг.3 - соответствующую косую проекцию;
- фиг.4 - качественное изображение газового потока, образующегося после выхода из отклоняющего узла в колонне по фиг. 1-3;
- фиг.5 - вид сверху на картину течения из фиг.4;
- фиг.6-8 - другие формы выполнения отклоняющего узла.

Колонна 1 согласно фиг.1-3 содержит насадку 10, например в виде упорядоченной набивки, в которой газ 4 и жидкость могут вступать во взаимодействие между собой и которая смонтирована на опоре 11. В пустое пространство 12 между поверхностью 13 жидкости и опорой 11 газ 4 подают по подающей трубе 2 (внутренний диаметр d) и через отклоняющий узел 3. Этим отклоняющим узлом 3 является описанный выше отклоняющий узел с отражательной плитой 30, в центре которой выполнено отверстие 33 для выхода третьего частичного потока 43, причем этот частичный поток 43 (фиг. 3) вместе с двумя выходящими через боковые отверстия 31 и 32 частичными потоками 41 и 42 попадает в пространство 12 (успокоительное пространство). Оба направленных горизонтально и противоположно частичных потока 41, 42 движутся, в основном, зеркально-симметрично вдоль внутренней стенки колонны 1, а затем после повторного соединения образуют текущий обратно поток 44, горизонтальная составляющая скорости которого направлена радиально к отклоняющему узлу 3. Третий частичный поток 43 направлен радиально к текущему обратно потоку 44 повторно соединенных между собой частичных потоков 41, 42. Третий частичный поток 43 при этом, согласно изобретению, образован настолько сильным, что текущий обратно поток 44 отклоняется вверх в зоне 5 настолько, что, в основном, становится невозможным его протекание через центр колонны. Третий частичный поток 43 при этом соответствующим образом также отклоняется вверх. За счет взаимного воздействия частичного потока 43 и текущего обратно потока 44 в верхней части пространства 12 возникает поле течения, по сравнению с полем течения для отклоняющего узла 3 без отверстия 33 и, тем самым, без частичного потока 43 существенно более равномерное. Разумеется, третий частичный поток 43 не должен быть настолько сильным, чтобы он препятствовал обоим первым частичным потокам 41, 42 достигать места стенки колонны, противоположного месту входа.

Отверстие 33 может иметь, например, кругообразную, эллиптическую или прямоугольную форму. Оно может быть также выполнено из нескольких частей в виде душевой сетки или сита. Третий частичный поток 43 дозируют за счет отклоняющего узла 3 с возможностью передачи всеми тремя частичными потоками 41, 42, 43 импульсов, имеющих при выходе из отклоняющего узла, в основном, одинаковую величину. При этом третий частичный поток 43 несет преимущественно немного больший импульс.

Фиг. 4 представляет собой попытку наглядно пояснить поле течения для способа, согласно изобретению. В основе этого наглядного пояснения лежат цифровые результаты модельных расчетов, отраженные здесь, однако, лишь качественно, причем различные детали опущены. Поле течения изображено линиями потока, обозначенными цепочками стрелок. Оба частичных потока 41, 42 (фиг. 3) соответствуют линиям 45, 47 и 45', 47' потока, а третьему частичному потоку 43 (фиг.3) - линии 46 и 46' потока. Самые верхние жирные стрелки отстоят приблизительно на равное расстояние от основания 13. В изображенной штрихпунктиром плоскости 50 находится зона, в которой третий частичный поток 43 и текущий обратно поток 44 (фиг. 3) сталкиваются между собой. Перпендикуляры через точки 51, 51' проходят приблизительно через точки, в которых линии 45, 46 и 45', 46' потока наиболее сближаются. На фиг. 5 при виде сверху также качественно изображена картина течения из фиг. 4. Штриховые линии 52, 52' обозначают поверхности, где направления скоростей потока поворачиваются. Как уже сказано, опущены детали, например области поля течения, в которых скорость потока направлена вниз.

Вместо газа 4 в колонну 1 способом, согласно изобретению, можно подавать другую среду, а именно жидкость или газожидкостную смесь. Газ или газожидкостную смесь подают ниже насадки 10 колонны, а именно преимущественно на таком расстоянии, чтобы при входе среды в насадку вертикальные составляющие скоростей потока, по меньшей мере, на двух третях сечения колонны имели, в основном, одинаковую величину.

Согласно изобретению, отклоняющий узел 3 оставляет свободным между устьем подающей трубы 2 и центром колонны проход 33, через который третий частичный поток 43 может радиально протекать в колонну 1. На фиг. 6-8 изображены другие формы выполнения отклоняющего узла 33. На фиг. 6 отклоняющий узел 3 образован двумя лопаткообразными отклоняющими элементами 3а, 3b, между которыми щель 33' непосредственно на устье подающей трубы 2 оставляет свободным проход для третьего частичного потока 43. На фиг. 7 отражательная плита 30 закрыта. Здесь непосредственно на устье подающей трубы 2 также имеется проход 33" для третьего частичного потока 43. В примере на фиг. 8 третий частичный поток 43 направляют в центр колонны по трубе 330. Отклоняющий узел 3 может иметь дополнительные отверстия, в частности отверстия 34, через которые внизу выходят дополнительно частичные потоки 49.

Для того чтобы способ, согласно изобретению, обеспечивал достаточно хорошее распределение подаваемой среды 4, диаметр колонны 1 не должен быть слишком большим. Он должен быть менее 4 м, преимущественно менее 2 м. В то же время диаметр подающей трубы 2 у устья должен иметь значение d, которое больше, чем примерно 15% диаметра колонны. Кроме того, расстояние между верхней стороной отклоняющего узла 3 и опорой 11 насадки 10 должно быть больше d.

Отражательная плита 30 отклоняющего узла 3 в примере выполнения на фиг. 1-5 прямоугольная; она может быть плоской или изогнутой. Преимущественно отражательная плита 30 расположена от места впадения на расстоянии 0,4-0,8d (d = диаметр подающей трубы 2); ее высота составляет 1,2-1,5d; расстояние между вертикальными боковыми кромками составляет 1,5-2d.

Если диаметр колонны велик, то предусматривают предпочтительно две диаметрально расположенные подающие трубы 2, 2' (фиг. 2) (с двумя одинаковыми отклоняющими элементами 3 в местах впадения). Могут быть предусмотрены также более двух подобных мест подачи.

С помощью способа среду 4 подают в устройство 1, в частности колонну, у которой подающая труба 2 для среды заканчивается в отклоняющем узле 3. Этот отклоняющий узел расположен на вертикальном расстоянии от насадки, в частности набивки колонны. В отклоняющем узле образуются два частичных потока 41, 42, протекающих, в основном, зеркально-симметрично вдоль внутренней стенки устройства, а затем после повторного соединения образующих текущий обратно поток 44, горизонтальная составляющая скорости которого направлена радиально к отклоняющему узлу. Посредством отклоняющего узла образуют, по меньшей мере, один третий частичный поток 43, направленный радиально и противоположно относительно текущего обратно потока повторно соединенных между собой частичных потоков. Третий частичный поток образован настолько сильным, что он, в основном, препятствует текущему обратно потоку протекать через центр колонны. 2 с. и 8 з.п.ф-лы, 8 ил.

1. Способ подачи среды 4 в устройство 1, в частности колонну, у которой подающая труба 2 для среды заканчивается в отклоняющем узле 3, расположенном на вертикальном расстоянии от насадки 10, в частности набивки колонны, при котором в отклоняющем узле образуют два частичных потока 41, 42, протекающих, в основном, зеркально-симметрично вдоль внутренней стенки устройства 1, а затем после повторного соединения образующих текущий обратно поток 44, горизонтальная составляющая скорости которого направлена радиально к отклоняющему узлу, отличающийся тем, что посредством отклоняющего узла образуют, по меньшей мере, один третий частичный поток 43, направленный радиально и противоположно относительно текущего обратно потока повторно соединенных между собой частичных потоков, при этом третий частичный поток образован настолько сильным, что, в основном, препятствует текущему обратно потоку протекать через центр колонны. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что третий частичный поток 43 дозируют за счет отклоняющего узла 3 с возможностью передачи всеми тремя частичными потоками 41, 42, 43 импульсов, имеющих при выходе из отклоняющего узла, в основном, одинаковую величину, причем третий частичный поток передает преимущественно немного больший импульс. 3. Способ по п.1 или 2, отличающийся тем, что средой 4 является газ или газожидкостная смесь, среду 4 подают ниже насадки 10, при этом расстояние между отклоняющим узлом 3 и насадкой 10 таково, что при входе среды в насадку вертикальные составляющие скоростей потока, по меньшей мере, на двух третях сечения насадки имеют, в основном, одинаковую величину. 4. Колонна 1, сечение которой имеет кругообразную форму, содержащая насадку 10 для осуществления тепло- и/или массообмена между двумя средами разной плотности, подающую трубу 2 для менее плотной среды 4 ниже насадки и отклоняющий узел 3, в котором заканчивается подающая труба 2 и посредством которого подаваемая среда 4 разделяется на два вытекающих горизонтально и противоположно направленных частичных потока 41, 42, отличающаяся тем, что отклоняющий узел 3 доставляет свободным между устьем подающей трубы 2 и центром колонны проход 33, через который третий частичный поток 43 может радиально протекать в колонну 1. 5. Колонна по п.4, отличающаяся тем, что отклоняющий узел 3 выполняет свою функцию с отражательной плитой 30, которая расположена вертикально перед устьем подающей трубы 2 и соединена со стенкой колонны двумя горизонтальными плитами выше и ниже устья, при этом отражательная плита имеет центральное отверстие 33, которое имеет, например, кругообразную, эллиптическую или прямоугольную форму или может быть выполнено также из нескольких частей в виде душевой сетки. 6. Колонна по п.4 или 5, отличающаяся тем, что диаметр колонны составляет менее 4 м, преимущественно менее 2 м, что диаметр подающей трубы 2 у устья имеет значение d, которое больше, чем примерно 15% диаметра колонны, и что расстояние между верхней стороной отклоняющего узла 3 и опорой 11 насадки 10 больше d. 7. Колонна по п.5 и 6, отличающаяся тем, что отражательная плита 30 отклоняющего узла 3 выполнена, по меньшей мере, приблизительно прямоугольной, а именно с вертикальными боковыми кромками и горизонтальными боковыми кромками, которые могут быть, в частности, изогнутыми, что отражательная плита расположена перед устьем на расстоянии 0,4-0,8 d, а ее высота составляет 1,2-1,5 d, и что расстояние между вертикальными боковыми кромками составляет 1,5-2 d. 8. Колонна по п.4 или 5, отличающаяся тем, что предусмотрено множество подающих труб, 2, 2 с одинаковыми отклоняющими элементами 3 в местах впадения. 9. Колонна по п.8, отличающаяся тем, что предусмотрены две диаметрально расположенные подающие трубы 2, 2. 10. Колонна по любому из пп. 4-9, отличающаяся тем, что отклоняющий узел 3 имеет дополнительные отверстия 34, через которые внизу выходят дополнительно частичные потоки 49.