РАСПРЕДЕЛИТЕЛЬ ЖИДКОСТИ ДЛЯ КОЛОНН С НАБИВКОЙ Российский патент 2001 года по МПК B01D53/18 B01D3/00 

Изобретение относится к распределителю жидкости, в частности, для колонн с набивкой согласно ограничительной части п. 1 формулы изобретения и к колонне с таким распределителем жидкости.

Из европейского патента N 0282753 известен подобный распределитель жидкости, у которого жидкость выходит из выходных отверстий трубчатых или желобообразных распределительных органов и попадает на выполненные в виде отражательных плит экраны (называемые здесь направляющие стенки). Жидкость ударяет с относительно высокой скоростью по экрану и распределяется по нему в виде параболической пленки. Этот распределитель жидкости предназначен для колонны с набивкой, в которой газ направляют противотоком к жидкости. Множество распределительных органов разделяет протекающий вверх газ на несколько частичных потоков. Слезники экранов расположены под распределительными органами в пределах зон подпора газового потока.

С помощью разделительных колонн, содержащих "вихревую набивку" (см. европейский патент N 0418338 = Р.6332), могут быть осуществлены способы массообмена, при которых для обрабатываемых газов и жидкостей возможны очень большие, соответственно объемные или массовые потоки. Эти большие потоки создают, однако, одну проблему: попадающие на экраны струи жидкости создают брызги, следствием которых является высвобождение мелких капель. Эти капли относительно медленно оседают в газовом пространстве и в зоне слезников захватываются протекающим вверх газом. Достигаемый за счет массообмена разделительный эффект из-за этого ухудшается. Задачей изобретения является поэтому создание распределителя жидкости для колонн с набивкой, который устранял бы названную проблему или по крайней мере снижал ее остроту. Эта задача решается посредством распределителя жидкости, охарактеризованного в п. 1 формулы изобретения.

Распределитель жидкости для колонн с набивкой включает в себя трубчатый или желобообразный распределительный орган, который для выдачи жидкости в виде струй имеет выходные отверстия. Перед выходными отверстиями расположены экраны, на которых попадающие на них струи жидкости преобразуются в стекающие жидкостные пленки, которые экранируют выходные отверстия от протекающего вверх газового потока. При максимальной выдаче жидкости ее струи попадают на экраны под углом менее 60^o, преимущественно менее 10^o.

Распределитель жидкости согласно изобретению может, само собой, применяться и в колоннах, содержащих иную упорядоченную набивку, нежели "вихревую набивку", например, в колоннах с "перекрестно-канальной структурой" (набивка с вертикальными слоями гофрированных пленок, образующих открытые перекрещивающиеся каналы; см. европейский патент N 0070917 = P.5638). В качестве набивки рассматривается также засыпка из заполнителей. Помимо массообмена с помощью набивки можно также, само собой, осуществлять теплопередачу между потоками газа и жидкости.

Зависимые п.п. 2-6 относятся к предпочтительным формам выполнения распределителя жидкости согласно изобретению. Объектом п.п. 7-10 является колонна с распределителем жидкости согласно изобретению. С этим распределителем жидкости решается другая проблема, возникающая у распределителя, известного из европейского патента N 0282753. Из-за асимметричного расположения отражательных стенок характеристика течения газового потока у слезников неблагоприятна, поскольку вследствие поперечных течений вокруг слезников не могут образоваться стабильные жидкостные пленки. В зависимости от газовой нагрузки распыливаемые капельки захватываются вверх в больших или меньших количествах.

Изобретение поясняется ниже с помощью чертежей, на которых изображают:
- фиг. 1 - фрагмент продольного разреза колонны с набивкой и распределителем жидкости;
- фиг. 2a, b - геометрические детали характеристики потока в распределительном органе распределителя жидкости согласно изобретению;
- фиг. 3-5 - три формы выполнения таких распределительных органов;
- фиг. 6 - полосообразный участок экрана для распределителя жидкости согласно изобретению;
- фиг. 7 - другая форма выполнения.

Изображенная на фиг. 1 колонна 2 содержит распределитель 1 жидкости и набивку 3. Газ 4 течет в колонне 2 вверх, обтекает над набивкой 3 распределительные органы 11 распределителя 1 жидкости и разделяется за счет этого на множество частичных потоков 40', 40'', которые затем образуют частичные потоки 40. Распределительные органы 11 принимают распределяемую жидкость 5 через подающий трубопровод 20 и предварительный распределитель 10.

На фиг. 2a для распределителя 1 согласно изобретению в виде разреза изображена область выходного отверстия 12 распределительного органа 11. Выходное отверстие 12 выполнено в наклонной боковой стенке 13. Как правило, боковая стенка 13 вертикальная; измеренный относительно вертикали 9 угол β тем самым равен нулю. Жидкость 5 вытекает через отверстие 12 в направлении 15, образует затем свободную струю 50, средняя линия 50' которой искривлена вниз под действием силы тяжести и попадает в направлении 50'' на расположенный перед отверстием 12 экран 6. Зона 60 попадания экрана 6 принята здесь как плоская. Обозначенные штрихпунктиром прямые 8, 8' и 8'' являются параллельными линиями, которые параллельны плоскости, лежащей в зоне 60 попадания. Угол α попадания, образованный прямыми 50'' и 8', немного меньше угла α′ между прямой 8'' и направлением 15 вытекания. Попадающая на экран 6 струя 50 жидкости преобразуется в стекающую жидкостную пленку 51. При попадании возникают брызги, которые приводят к образованию мелких капелек 55. Чем меньше угол α попадания, тем меньше количество высвободившихся капелек 55. На экраны согласно уровню техники струи 50 попадают, в основном, вертикально (α = 90^o), и возникает особенно много брызг. Если угол α попадания согласно изобретению меньше 60^o, то неблагоприятное брызгообразование существенно ниже.

Экран 6 закреплен полосообразным участком 61 на распределительном органе 11, а именно с возможностью воспрепятствования прохождению газа 4 и тем самым с возможностью экранирования выходного отверстия 12 от протекающего вверх газового потока 4.

Экран 6 продолжается через закрытую направляющую стенку 64 (фиг. 2b) до слезника 62, на котором жидкостная пленка 51 стекает в виде капель 52, 53 или в виде единой пленки. Слезник 62 ориентирован горизонтально и может быть выполнен прямым или зубчатым. Слезник 62 находится в зоне 42 подпора газа 4, в которой стекание жидкости 5 каплями происходит, в основном, бесперебойно за счет потока газа 4. Непосредственно над слезником 62 предусмотрен полосообразный участок 63, который лежит, в основном, в вертикальной плоскости.

Образованные в зоне 60 попадания капельки 55 оседают; они захватываются в области зоны 42 подпора потоком 40', выносятся вверх и транспортируются дальше в частичном потоке 40 (фиг. 1). Благодаря этой мере согласно изобретению количество транспортируемых вверх капелек 55 очень мало и практически больше не мешает.

Плоский угол α попадания имеет следствием также то, что параболическое распространение жидкостной пленки по экрану 6 в меньшей степени зависит от импульса струи 50 жидкости. Разница между максимальной и минимальной шириной параболы поэтому меньше. Это обстоятельство облегчает расчет распределителей.

На фиг. 3 изображено сечение нижней части корытообразного распределительного органа 11. Экран 6 имеет в вертикальном и параллельном струе сечениях форму сигмоидальной кривой, т.е. кривой, имеющей место перегиба своей кривизны. Эта кривая может быть полностью или частично образована ломаной линией. В зоне 60, где струя 50 жидкости попадает на экран 6, сигмоидальная кривая изогнута вниз. Она имеет там, в частности, в основном, постоянную кривизну. Зона 60 попадания выполнена так, что струя 50 попадает на экран 6 приблизительно по касательной. Экран 6 закреплен в своей верхней части 61 болтами 16.

Благодаря изогнутому вниз, т.е. под распределительный орган 11, экрану 6 жидкостной пленке 51 на слезнике 62 гораздо меньше мешает протекающий навстречу газ 4, чем у известных распределителей, у которых направляющие поверхности 64 выполнены вертикальными и плоскими. Таким образом, стекающая пленка остается стабильной; капли жидкости не срываются и не захватываются вверх газовым потоком. По сравнению с известными распределителями распределители согласно изобретению могут применяться при существенно более высоких газовых нагрузках.

На фиг. 4 при виде сбоку изображена форма выполнения, у которой в области зоны 42 подпора по бокам от экрана 6 дополнительно предусмотрены фартуки 71 и 76, оказывающие оптимальное влияние на газовый поток. Экран 6 приварен (точечной сваркой) или припаян к распределительному органу 11.

Распределительный орган 11 и экран 6 выполняют предпочтительно так, чтобы в области зоны 42 подпора частичные потоки 40', 40'' (фиг. 1 и 2b) были, в основном, зеркально-симметричны друг другу и относительно проходящей через слезник 62 плоскости. Для достижения этого распределительный орган 11 выполнен на фиг. 5 в нижней части клинообразным за счет косого отрезка 14 стенки.

Для оптимального воздействия на жидкостные пленки 51 экраны 6 распределителей 1 жидкости согласно изобретению могут иметь, как это показано на фиг. 6, соответствующее структурирование за счет желобков 640 и/или перфораций 630. Слезник 62 может быть снабжен зубцами 620.

На фиг. 7 изображен другой пример выполнения, у которого фартуки 76', 71' выполнены для воздействия на поток криволинейными. Выходное отверстие 12, как и на фиг. 2a, выполнено в наклонной части боковой стенки 13 распределительного органа 11. У этой формы выполнения распределительный экран 11, включая экран 6, образует препятствие для протекающего вверх газа, который имеет меньшее гидравлическое сопротивление, чем в примерах на фиг. 3-5.6

Распределитель (1) жидкости для колонн (2) с набивкой включает в себя по меньшей мере один трубчатый или корытообразный распределительный орган (11), который для выдачи жидкости (5) в виде струй имеет выходные отверстия. Перед выходными отверстиями расположены экраны, имеющие в вертикальном и параллельном струям сечениях форму сигмоидальной кривой. Попадающие на экраны струи жидкости преобразуются в стекающие жидкостные пленки, которые экранируют выходные отверстия от протекающего вверх газового потока (4). При максимальной выдаче жидкости ее струи попадают на экраны под углом менее 60°, преимущественно менее 10°. Заявленный распределитель жидкости для колонн с набивкой обеспечивает снижение количества жидкости, уносимой протекающим вверх газом. 2 с. и 8 з.п.ф-лы, 7 ил.

1. Распределитель (1) жидкости, в частности для колонн (2) с набивкой, содержащий, по меньшей мере, один трубчатый или желобообразный распределительный орган (11), который для выдачи жидкости (5) в виде струй (50) имеет выходные отверстия (12), а также содержащий расположенные перед выходными отверстиями (12) экраны (6) для преобразования попадающих на них струй (50) жидкости в стекающие жидкостные пленки (15) и экранирования выходных отверстий от протекающего вверх газового потока (4), отличающийся тем, что каждый экран (6) имеет в вертикальном и параллельном струям сечениях форму сигмоидальной кривой, причем эта кривая может быть полностью или частично образована ломаной линией, и при максимальной выдаче жидкости ее струи (50) попадают на экраны (6) под углом α менее 60°, преимущественно менее 10°. 2. Распределитель (1) жидкости по п.1, отличающийся тем, что сигмоидальная кривая в зоне (60) попадания струй (50) жидкости изогнута вниз и имеет, в частности, в основном постоянную кривизну. 3. Распределитель по п.2, отличающийся тем, что зона (60) попадания выполнена так, что струи попадают на экраны (6) приблизительно по касательной. 4. Распределитель по одному из пп.1-3, отличающийся тем, что экраны (6) имеют слезники (62), которые ориентированы горизонтально и могут быть выполнены прямыми или зубчатыми. 5. Распределитель по п. 4, отличающийся тем, что непосредственно над слезниками (62) предусмотрены полосообразные участки (63), лежащие, в основном, в вертикальных плоскостях. 6. Распределитель по одному из пп.1-5, отличающийся тем, что для воздействия на жидкостные пленки (51) экраны (6) имеют соответствующее структурирование за счет желобков (640) и/или перфораций (630). 7. Колонна (2) с распределителем (1) жидкости по одному из пп.l-6, отличающаяся тем, что множество параллельных распределительных органов (II) разделяют протекающий в колонне вверх газовый поток (4) на несколько частичных потоков (40', 40", 40) с возможностью образования под распределительными органами зон (42) подпора, при этом слезники (62) экранов (6) расположены в пределах зон подпора. 8. Колонна по п.7, отличающаяся тем, что распределительные органы (11) и экраны (6) выполнены так, что соответственно в областях зон подпора частичные потоки (40', 40"), в основном, зеркально-симметричны друг другу и относительно проходящих через слезники (62) плоскостей. 9. Колонна по п.7 или 8, отличающаяся тем, что для воздействия на поток (4) в областях зон (42) подпора по бокам от экранов (6) дополнительно предусмотрены фартуки (71', 76'). 10. Колонна по одному из пп.7-9, отличающаяся тем, что распределитель (1) расположен над набивкой (3), имеющей упорядоченную структуру, причем, в частности, набивка представляет собой вихревую набивку или набивку с перекрестно-канальной структурой.