УСТРОЙСТВО ДЛЯ ДЕЛЕНИЯ ПОТОКА ЖИДКОСТИ МАССООБМЕННОГО АППАРАТА Российский патент 2003 года по МПК B01D3/32 

Изобретение относится к аппаратурному оформлению массообменных, преимущественно периодических, процессов, в частности процессов ректификации, абсорбции, дистилляции, предназначено, в частности, для деления флегмы и может быть применено в химической, нефтехимической, коксохимической, лесохимической, химико-фармацевтической, пищевой и других отраслях промышленности.

Авторам известно устройство для разделения смесей текучих сред [1], содержащее по меньшей мере два расположенных один в другом стакана. На поверхности внутреннего стакана имеется проницаемая поверхность (мембрана). Внутренний стакан может вращаться вокруг оси. Недостатком описанного устройства является неприспособленность к регулированию соотношения расходов потоков разделяемой жидкости и непригодность к использованию в массообменных аппаратах периодического действия.

Известен распределитель жидкости массообменного аппарата [2]. На нижней части распределителя выполнены глухие вертикальные перегородки. Для подачи орошающей жидкости предназначен штуцер. Недостатком данного устройства является неприспособленность к регулированию соотношения расходов потоков разделяемой жидкости и непригодность к использованию в массообменных аппаратах периодического действия.

Известно устройство для отделения газа от жидкости [3], включающее вертикальную емкость, входной и выходной патрубки, пустотелый вал с ротором, привод вращения. На боковой стенке вала выполнены отверстия. Недостатком устройства является неприспособленность к регулированию соотношения расходов потоков разделяемой жидкости и непригодность к использованию в массообменных аппаратах периодического действия.

Предлагаемое авторами изобретение направлено на расширение области применения устройства. В отдельных формах выполнения дополнительно решается задача обеспечения индифферентности устройства к изменению расхода подаваемой для деления жидкости. Технический результат изобретения во всех формах выполнения - расширение диапазона регулирования соотношения расходов потоков жидкости, пригодность устройства для работы в массообменных аппаратах периодического действия. В отдельных формах выполнения изобретение позволяет поддерживать соотношения расходов потоков жидкости на заданном уровне вне зависимости от расхода жидкости, подаваемой для деления.

Для решения поставленной задачи предлагается устройство, состоящее из корпуса, снабженного входным патрубком. В нижней части корпус разделен перегородками по меньшей мере на две секции, каждая из которых имеет выходной патрубок. Внутри корпуса находится вертикальный распределительный стакан. Распределительный стакан имеет привод для поворачивания вокруг оси. По меньшей мере на одной из поверхностей распределительного стакана выполнена перфорация. При этом в отличие от аналогов перфорация выполнена таким образом, что центральный угол на поверхности распределительного стакана, в пределах которого выполнена перфорация, не больше центрального угла большей из секций, образуемых перегородками в корпусе устройства.

Отличительными признаками, характеризующими заявляемое изобретение в частных случаях, являются:
- выполнение перфорации на боковой поверхности распределительного стакана;
- выполнение перфорации на донной поверхности распределительного стакана;
- выполнение перфорации в виде щелевого отверстия;
- выполнение перфорации в виде отверстий на боковой поверхности распределительного стакана, расположенных на различных уровнях;
- выполнение на дне распределительного стакана, преимущественно в пределах кругового сектора, в котором выполнена перфорация, буртика, выступающего книзу, снабженного выступами преимущественно треугольной формы, а также наличие на боковой поверхности распределительного стакана вдоль образующей направляющих преимущественно треугольного профиля.

На фиг.1 показан чертеж предлагаемого устройства для деления потока жидкости массообменного аппарата. Фиг.2 показывает разрез устройства в поперечном сечении. Фиг.3 представляет схему подключения устройства.

Устройство содержит корпус 1, закрытый крышкой 2 и снабженный входным патрубком 3 и двумя выходными патрубками 4, 5. В нижней части корпус снабжен радиальной вертикальной перегородкой 6, разделяющей корпус на две секции. Каждая из секций сверху открыта и сообщается с одним из двух выходных патрубков 4, 5. Внутри корпуса 1 вертикально располагается распределительный стакан 7. Ось симметрии распределительного стакана 7 совпадает с плоскостью, в которой располагается перегородка 6. В верхней части распределительный стакан 7 снабжен приемной воронкой 8, расположенной под входным патрубком 3. В нижней части распределительный стакан 7 имеет дно. Между дном распределительного стакана 7 и верхней кромкой перегородки 6 имеется зазор. В нижней части на боковой поверхности распределительного стакана 7 выполнена перфорация в виде ряда отверстий 9, расположенных в горизонтальной плоскости. Перфорация выполнена таким образом, что центральный угол, в пределах которого располагаются отверстия, не превышает величины центрального угла большей из секций корпуса 1. Для поворачивания вокруг собственной оси распределительный стакан имеет привод, установленный на крышке 2 и состоящий из оси 10, маховичка 11 и опорного устройства 12. Опорное устройство 12 снабжено указателем угла поворота и фиксатором положения распределительного стакана 7.

Устройство для деления потока жидкости 13 устанавливается так, что входной патрубок 3 сообщается с дефлегматором 14, выходной патрубок 4 сообщается с массообменным аппаратом 15, выходной патрубок 5 сообщается с теплообменником 16. Устройство 13 может устанавливаться как внутри, так и вне массообменного аппарата 15.

Устройство работает следующим образом.

Через входной патрубок 3 подается жидкость из массообменного аппарата, например конденсат из дефлегматора 14 ректификационной колонны 15. Конденсат попадает через приемную воронку 8 внутрь распределительного стакана 7. При помощи маховичка 10, оси 11 и опорного устройства 12 распределительный стакан 7 устанавливается в заданное положение. Конденсат вытекает из распределительного стакана 7 через отверстия 9, образуя в зависимости от расхода пленку, стекающую по боковой поверхности распределительного стакана 7, или сплошные струи. Поток конденсата отрывается от поверхности распределительного стакана 7 и стекает вниз. При этом поток конденсата посредством перегородки 6 делится на два потока, попадающих каждый в одну из секций внутри корпуса 1. Один из потоков возвращается в массообменный аппарат 15, образуя поток флегмы на орошение, другой поток отводится в теплообменник 16, образуя продуктовый поток дистиллята.

Известно, что соотношение расходов потока флегмы, подаваемой на орошение, и потока дистиллята носит название флегмового числа. Особенностью массообменных аппаратов периодического действия, в частности ректификационных колонн, при необходимости получения дистиллята постоянного состава является необходимость непосредственно в ходе работы изменять флегмовое число. С этой целью распределительный стакан 7 при помощи привода устанавливается в другое положение. При этом положение отверстия 9 относительно перегородки 6 изменяется, соответственно изменяется соотношение расходов потоков, попадающих в секцию сбора флегмы и секцию сбора дистиллята, и устанавливается другое флегмовое число.

Для нормальной работы устройства желательно, чтобы истечение конденсата из отверстия 9 распределительного стакана 7 происходило в режиме отрывного струйного течения. При уменьшении расхода конденсата, поступающего в устройство, уровень конденсата во внутренней полости распределительного стакана понижается и нормальное истечение конденсата из отверстия на боковой поверхности распределительного стакана нарушается, что приводит к произвольному изменению флегмового числа. Для избежания такого нежелательного эффекта перфорация выполняется на донной поверхности распределительного стакана. Такое расположение перфорации при наличии конденсата в распределительном стакане в любом количестве позволяет поддерживать режим струйного истечения.

Выполнение перфорации в виде ряда отверстий позволяет изменять флегмовое число лишь дискретно. Для устранения подобного эффекта перфорация выполняется в виде узкого щелевого отверстия, расположенной поперек образующей распределительного стакана. Истечение конденсата через горизонтальное щелевое отверстие происходит равномерно по ширине отверстия, что позволяет плавно изменять флегмовое число.

Для массообменных аппаратов периодического действия, в частности ректификационных колонн, характерным является переменный во времени по величине расход потока конденсата. В этом случае при использовании устройства в соответствии с вышеприведенным описанием при повышении расхода конденсата возможно переполнение внутренней полости распределительного стакана 7. Избыточный конденсат, переливаясь через край приемной воронки 8 распределительного стакана 7, неравномерно стекает сплошной пленкой или неотрывными струями по внешней поверхности распределительного стакана 7, что нарушает нормальное истечение конденсата из отверстия 9. Вследствие этого произвольно изменяется флегмовое число, что неблагоприятно отражается на работе массообменного аппарата 15.

Для решения задачи обеспечения индифферентности устройства к повышению расхода конденсата, подаваемого для деления на флегму и дистиллят, в отличие от вышеописанного устройства вновь предлагается выполнить на боковой поверхности распределительного стакана перфорацию в виде отверстий, располагающихся по меньшей мере в два ряда на различных уровнях. В этом случае при нормальном расходе конденсата истечение происходит через отверстия в нижнем ряду. По мере повышения расхода конденсата уровень конденсата во внутренней полости повышается и при достижении кромок отверстия верхнего ряда дополнительно происходит истечение конденсата через отверстия верхнего ряда. При этом расход конденсата через отверстия распределительного стакана 7 увеличивается, что компенсирует увеличение расхода конденсата, поступающего для деления в устройство, и позволяет избежать переполнения распределительного стакана. К аналогичному результату приводит выполнение перфорации в виде щелевых отверстий, расположенных вертикально на боковой поверхности распределительного стакана на одном уровне.

В случае уменьшения расхода конденсата, поступающего из дефлегматора 14 в устройство, истечение конденсата через отверстие происходит не в режиме отрывной струи, а в режиме сплошной нисходящей (пленки) или неотрывной струи. При этом движение конденсата по боковой и донной поверхностям распределительного стакана 7 происходит неравномерно. Вследствие этого произвольно изменяется флегмовое число, что нарушает нормальное работу устройства и неблагоприятно отражается на работе массообменного аппарата 15.

Для решения задачи обеспечения индифферентности устройства к уменьшению расхода конденсата, подаваемого для деления на флегму и дистиллят, в отличие от вышеописанного устройства вновь предлагается на дне распределительного стакана, преимущественно в пределах центрального угла, в котором располагается перфорация, выполнить буртик, выступающий книзу. Буртик в нижней части снабжен выступами, преимущественно треугольной формы. На боковой поверхности распределительного стакана вдоль образующей имеются направляющие, преимущественно треугольного профиля. Направляющие могут представлять собой выступы или канавки. При уменьшении расхода конденсата, поступающего в устройство, и переходе истечения конденсата из отверстий 9 в неотрывный режим направляющие позволяют упорядочить нисходящий поток и равномерно распределить поток по поверхности распределительного стакана 7. Выполнение направляющих в виде треугольного профиля способствует упорядочиванию стекающего потока конденсата. Буртик, выступающий книзу, препятствует попаданию стекающего конденсата на донную поверхность распределительного стакана 7. Выступы на буртике позволяют обеспечить равномерное отрывное струйное стекание конденсата с боковой поверхности распределительного стакана. Описанные признаки в совокупности позволяют обеспечить нормальную работу устройства в условиях уменьшения расхода конденсата, поступающего для деления в устройство.

Источники информации
1. Заявка ФРГ 4015187, B 01 D 63/16, 65/08, 33/06, 1990.

2. Авт. св. СССР 1646586, B 01 D 53/18, 1991.

3. Авт. св. СССР 1130365, B 01 D 19/00, 1984.

Изобретение относится к аппаратурному оформлению массообменных периодических процессов, например, ректификации, абсорбции, дистилляции, предназначено для деления потока флегмы и может быть применено в химической, нефтехимической, коксохимической, лесохимической, химико-фармацевтической, пищевой и других отраслях промышленности. Устройство содержит корпус с входным и выходными патрубками, разделенный на секции, поворотный распределительный стакан с перфорированной поверхностью. В предлагаемой конструкции перфорация выполнена так, что центральный угол на поверхности распределительного стакана, в пределах которого располагается перфорация, не превышает центрального угла большей из секций, образуемых перегородками в корпусе устройства. Технический результат - расширение диапазона регулирования соотношения расхода потоков жидкости, пригодность к использованию в массообменном аппарате периодического действия. 5 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Устройство для деления потока жидкости массообменного аппарата, содержащее корпус, снабженный входным патрубком, в нижней части разделенный перегородками по меньшей мере на две секции, каждая из которых имеет выходной патрубок, расположенный внутри корпуса вертикальный распределительный стакан, имеющий привод для поворачивания вокруг оси, хотя бы на одной из поверхностей распределительного стакана выполнена перфорация, отличающееся тем, что перфорированный участок расположен таким образом, что центральный угол на поверхности распределительного стакана, в пределах которого выполнена перфорация, не больше центрального угла большей из секций, образуемых перегородками в корпусе устройства. 2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что перфорированный участок выполнен на боковой поверхности распределительного стакана. 3. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что перфорированный участок выполнен на дне распределительного стакана. 4. Устройство по пп. 1 и 2, отличающееся тем, что перфорация выполнена в виде щелевого отверстия. 5. Устройство по пп. 1, 2 и 4, отличающееся тем, что на боковой поверхности распределительного стакана перфорация выполнена в виде отверстий, по меньшей мере в два ряда, располагающихся на различных уровнях. 6. Устройство по пп. 1, 2, 4 и 5, отличающееся тем, что на дне распределительного стакана, преимущественно в пределах кругового сектора, в котором располагается отверстие, выполнен буртик, выступающий книзу, снабженный выступами, преимущественно треугольной формы, а на боковой поверхности распределительного стакана вдоль образующей имеются направляющие, преимущественно треугольного профиля.