СЛИВНАЯ ШАХТА ДЛЯ ТАРЕЛЬЧАТОЙ КОЛОННЫ Российский патент 2002 года по МПК B01D3/00 B01D3/20 

Изобретение относится к сливной шахте для тарельчатой колонны в соответствии с ограничительной частью п.1 формулы изобретения и к тарельчатой колонне с такими сливными шахтами.

Такую сливную шахту, так называемое "вихревое устройство для отвода жидкости", раскрывает патент DЕ-А 2140899; в данной шахте отводимая жидкость приводится в вихревое движение. В сливной шахте обратный поток направлен от одной тарелки ("парожидкостная контактная тарелка") на расположенную ниже тарелку. Увлекаемый газ (или пар) должен быть отделен в сливной шахте от обратного потока. В указанном устройстве поступающая в шахту газожидкостная смесь направляется направляющими лопатками таким образом, что благодаря образованному вихревому движению и вследствие действия центробежной силы ускоряется разделение. Чашка, образующая нижний затвор шахты и установленная с промежутком над нижележащей тарелкой, накапливает вытекающую из шахты жидкость, так что предотвращается обратный поток газа через шахту.

Задача настоящего изобретения заключается в том, чтобы усовершенствовать известную сливную шахту так, чтобы тарелки были более эффективны, т.е. производили увеличенный массообмен. Данная задача решается с помощью определенной в п.1 сливной шахты.

Заявленная сливная шахта для тарельчатой колонны, выполненная в основном центрально-симметрично относительно направленной в сторону колонны оси, содержит:
а) сливное отверстие, находящееся внутри переливного устройства и имеющее отклоняющие элементы для поступающей газожидкостной смеси для создания кругового потока;
b) ведущую вниз проходную деталь;
с) предусмотренную для подпора вытекающей жидкости чашку на нижнем конце проходной детали. Чашка имеет несколько отверстий, которые выполнены и расположены таким образом, что создается в основном равномерное распределение вытекающей жидкости.

В известной сливной шахте предусмотрено лишь небольшое отверстие в днище чашки для того, чтобы при перерыве в работе чашка была полностью опорожнена. Преобладающая часть вытекающей через шахту жидкости переливается через верхний край чашки. По причине такого распределения жидкости под чашкой создается неблагоприятный "теневой участок". От толчка переместившейся жидкости жидкость выталкивается из этого участка, так что уровень жидкости в этом месте, с одной стороны, понижается и, с другой стороны, лишь медленно пополняется. По причине уменьшенного уровня жидкости "теневой участок" оказывает меньшее сопротивление нарастающему потоку газа, поэтому создается неравномерное истечение газа, и тем самым ухудшается работа тарелки. По причине медленного обновления жидкости "теневой участок" практически не участвует в массообмене. В сливной шахте в соответствии с изобретением таких недостатков нет. Вытекающая через отверстия в дне чашек жидкость способствует на "теневом участке" эффективному обмену жидкости и увеличению сопротивления поднимающемуся потоку газа.

Зависимые пункты 2-7 формулы изобретения относятся к предпочтительным формам выполнения сливной шахты в соответствии с изобретением. Пункты 8-10 относятся к тарельчатым колоннам с такими сливными шахтами.

Изобретение поясняется ниже с помощью чертежей, на которых показано:
фиг. 1 - тарелка колонны со сливными шахтами в соответствии с изобретением,
фиг. 2 - участок продольного сечения колонны с двумя тарелками,
фиг. 3 - вид сверху на тарелку согласно фиг. 1,
фиг. 4 - верхняя часть заявленной сливной шахты,
фиг. 5а, 5b - специальное расположение сливных шахт двух находящихся рядом тарелок,
фиг. 6 - 10 - разные варианты выполнения нижних перемычек сливных шахт в соответствии с изобретением.

Изображенная на фиг. 1 тарелка 100 имеет пять сливных шахт 1. Изображенные штрихпунктирными линиями поверхности 10 представляют собой приемные отверстия, в которые попадает слив соседней тарелки на тарелку 100. Стрелки показывают направление течения перетекающей жидкости. Через непоказанные проходные отверстия для газа (перфорации, клапаны, колпачки) снизу в жидкость поступает газ или пар так, что может происходить массообмен и теплообмен. Проходящий через жидкость газ образует с ней газожидкостную смесь.

Сливная шахта выполнена центрально-симметричной относительно направленной в сторону колонны оси. Каждый слив содержит переливное устройство 2, сливное отверстие 20 и отклоняющие элементы 3 для поступающей газожидкостной смеси. Между отклоняющими элементами 3 находится труба 4, через которую может проходить вверх отделенный от жидкости газ. Разделение газа и жидкости осуществляется в сужающейся книзу проходной детали 5 переливного устройства 2. Предусмотренная для подпора стекающей жидкости чашка 6 образует нижний запирающий элемент сливной шахты 1. В соответствии с изобретением чашка 6 имеет несколько отверстий 7, выполненных и расположенных таким образом, что создается в основном равномерное распределение стекающей через сливную шахту 1 жидкости. Расчет должен быть произведен таким образом, чтобы распределение было равномерным по всему диапазону нагрузки и чтобы при минимальной рабочей нагрузке жидкость была подперта чашкой 6 достаточно высоко, чтобы не образовался обратный поток газа через шахту 1. Чашкой 6 может быть изготовленный способом глубокой вытяжки сосуд, по дну которого равномерно распределены отверстия.

На фиг. 2 показано дислоцированное расположение сливных шахт 1 двух соседних тарелок 100, 100' колонны 9. Между чашкой 6 и расположенной ниже тарелкой 100' имеется промежуток, благодаря которому для массообмена может быть использовано также пространство 10 под чашкой.

Как показано на фиг. 3, шахты распределены так, что центры А1, А2,... мест притока имеют относительно центров В1, В2,... соседних мест стока промежуточное расстояние, в основном одинаковое для всех центров.

Газожидкостная смесь, проходящая в сливное отверстие 20, приводится отклоняющими элементами 3, а именно снабженной направляющими лопатками 31 направляющей перегородкой 30, в вихревое движение (см. фиг.4). С помощью дополнительных элементов 21, установленных на краю переливного устройства 2 и имеющих форму треугольных складчатых плоских деталей, можно улучшить образование вихревого течения. Элементы 21 могут быть также изогнуты или иметь другую форму, например прямоугольную. Направляющие лопатки 31 и тем самым сливные шахты закреплены на имеющих форму угла деталях 32 на тарелке 100.

В тарельчатых колоннах с тарелками 100, 100' в соответствии с фиг. 1-3 все тарелки имеют одинаковое расположение шахт. При этом шахты соседних тарелок 100 и 100' имеют разную ориентацию, а именно такую, что места 10 притока получаются смещенными относительно мест 20 стока.

Фиг. 5а и 5b показывают расположение шахт в другом примере выполнения. Шахты 1 соседних тарелок 100, 100' дополняют друг друга; количество мест притока и стока в каждой тарелке разное (4 и 3 шахты).

Фиг. 6 показывает продольное сечение нижней части сливной шахты в соответствии с изобретением с проходной деталью 5 и чашкой 6. Выполненная способом глубокой вытяжки чашка 6 имеет в средней части плоское дно 60 и на периферии цилиндрическую перегородку 61. Отверстия 7 выполнены в виде круговых отверстий. Сливная жидкость 8 движется в проходной детали 5 в виде вихря, благодаря чему на внутренней стенке проходной детали 5 образуется слой 80 жидкости, и в нем благодаря круговому движению слив занимает более продолжительное время. Из слоя 80 увлекаемый газ (не изображено) удаляется из слива, причем вследствие действующей центробежной силы ускоряется процесс разделения. Подпираемая чашкой 6 жидкость 8 препятствует проходу газа через сливную шахту 1. Жидкость 8 протекает с равномерным распределением через отверстия 7 на нижерасположенную тарелку 100'. Часть жидкости 8 может сливаться также через край боковой перегородки 61. Сливные отверстия 7 для слива могут иметь любую форму.

Фиг. 7 показывает второй пример выполнения с изготовленной способом глубокой вытяжки чашкой 6. Дно 60 чашки в середине выполнено выпуклым вверх.

В соответствии с изображенными на фиг. 8 и 9 примерами выполнения чашка 6 содержит деталь в форме конуса или усеченного конуса, в которой выполнены отверстия 7. Она может быть выполнена в основном деталью 6 в форме конуса или усеченного конуса, причем вершина конуса направлена вниз (фиг. 8). Вершина детали 60' в виде конуса или усеченного конуса может быть направлена и вверх, когда цилиндрическая перегородка 61 образует боковое ограничение чашки (фиг. 9).

Наконец, фиг. 10 показывает пример выполнения, в котором чашка 6 содержит кольцеобразные участки 62, между которыми расположены шлицевые отверстия 7.

Сливная шахта 1 для тарельчатой колонны, выполненная в основном центрально-симметрично относительно направленной в сторону колонны оси, содержит: а) сливное отверстие, расположенное внутри переливного устройства 2 и имеющее отклоняющие элементы 3 для поступающей газожидкостной смеси для создания кругового потока; b) ведущую вниз проходную деталь 5 и с) предусмотренную для подпора стекающей жидкости чашку 6 на нижнем конце проходной детали. Чашка имеет несколько отверстий 7, которые выполнены и расположены таким образом, что создается равномерное распределение стекающей жидкости. Изобретение позволяет усовершенствовать известную сливную шахту так, чтобы тарелки были более эффективны, т.е. осуществляли улучшенный массообмен. 2 с. и 8 з.п. ф-лы, 10 ил.

1. Сливная шахта (1) для тарельчатой колонны (9), выполненная в основном центрально-симметрично относительно направленной в сторону колонны оси, содержащая сливное отверстие (20), находящееся на тарелке (100) внутри переливного устройства (2) и имеющее отклоняющие элементы (3) для поступающей газожидкостной смеси для создания кругового потока, проходную деталь (5), ведущую к следующей по глубине тарелке (100'), и предусмотренную для подпора вытекающей жидкости чашку (6) на нижнем конце проходной детали, отличающаяся тем, что чашка имеет несколько отверстий (7), выполненных и расположенных таким образом, что создается в основном равномерное распределение стекающей жидкости на следующей по глубине тарелке. 2. Сливная шахта по п. 1, отличающаяся тем, что чашка (6) представляет собой изготовленный способом глубокой вытяжки сосуд, по дну (60) которого равномерно распределены отверстия (7). 3. Сливная шахта по п. 2, отличающаяся тем, что чашка (6) имеет в средней части плоское дно (60) и на периферии цилиндрическую перегородку (61). 4. Сливная шахта по п. 2 или 3, отличающаяся тем, что отверстия (7) выполнены в виде круговых отверстий. 5. Сливная шахта по п. 1, отличающаяся тем, что чашка (6) имеет деталь в виде конуса или усеченного конуса, в котором выполнены отверстия (7), причем чашка выполнена деталью в виде конуса или усеченного конуса, вершина которого направлена вниз или вершина детали (60') в виде конуса или усеченного конуса направлена вверх, и цилиндрическая стенка (61) образует боковое ограничение чашки (6). 6. Сливная шахта по п. 1, отличающаяся тем, что чашка (6) имеет кольцеобразные участки, между которыми выполнены шлицевые отверстия (7). 7. Сливная шахта по любому из пп. 1-6, отличающаяся тем, что отклоняющие элементы (3) образованы деталями (31), находящимися на трубе 4, и/или деталями (21), установленными на переливном устройстве (2) слива. 8. Тарельчатая колонна (9) со сливными шахтами по любому из пп. 1-7, причем для каждой тарелки (100) предусмотрено несколько шахт (1) и на всех свободных от мест слива участках тарелок для массообмена выполнены отверстия для прохода газа, отличающаяся тем, что шахты распределены таким образом, что центры (А1, А2, . . . ) мест (10) притока имеют относительно центров (В1, В2, . . . ) соседних мест (20) стока промежуточное расстояние, в основном одинаковое для всех этих центров, причем места притока представляют собой участки на тарелке под шахтами. 9. Колонна по п. 8, отличающаяся тем, что все тарелки (100) имеют одинаковое расположение шахт (1), причем расположение на соседних тарелках ориентировано по-разному таким образом, что имеет место смещение мест (10) притока относительно мест (20) стока. 10. Колонна по п. 9, отличающаяся тем, что шахты (1) соседних тарелок (100, 100') установлены дополняющими друг друга и количество мест притока и стока (10, 20) может быть разным для каждой тарелки.