РАСПРЕДЕЛИТЕЛЬ ЖИДКОСТИ ДЛЯ КОЛОНН Российский патент 2003 года по МПК B01D53/18 B01D3/00 B01F3/04 

Изобретение относится к распределителю жидкости для колонн согласно ограничительной части п.1 формулы, а также к колонне с подобным распределителем жидкости. Колонна предназначена при этом для массообмена между потоком газа и протекающим по набивке потоком жидкости.

Для высокой производительности колонны требуется, чтобы не возникало неправильного распределения (maldistribution) жидкости, т.е. чтобы жидкость стекала, будучи равномерно распределенной по поверхностям внутри набивки. Для того чтобы неправильное распределение (maldistribution) не возникало, жидкость должна подаваться на набивку равномерно и достаточно тонко распределенной. Это удается посредством выполненного соответствующим образом распределителя жидкости, через который жидкость распределяется по системе каналов и с использованием систем вытекания - по набивке.

У известного распределителя жидкости, которому было дано название "элементный распределитель", система каналов состоит из главного канала и нескольких вспомогательных каналов, расположенных под главным каналом. С помощью системы вытекания главного канала распределяемую жидкость согласно заданному соотношению подают во вспомогательные каналы. Это соотношение, как правило, равно соотношению участков поверхности набивки, которые соответствуют вспомогательным каналам и по которым жидкость следует распределить пропорционально площади участка. Через систему вытекания вспомогательных каналов жидкость покидает распределитель. Система вытекания вспомогательных каналов имеет, например, форму множества боковых отверстий с отводящими трубами или отбойными пластинами или множества отверстий в основании. Система вытекания главного канала распределителя, который необходимо улучшить, состоит обычно из колпакообразных, открытых вниз камер, которые расположены в дне главного канала над прямоугольными, соответствующими вспомогательным каналам отверстиями, причем нижние края камер плотно соединены с краями отверстий, как правило, сварены. Проемы в боковых стенках этих камер заставляют вытекающую из главного канала жидкость затекать в соответствующие вспомогательные каналы. При этом затекании возникают неспокойные поля потока, которые в виде флуктуирующего вытекания проявляются как помеха в системе вытекания вспомогательных каналов. В отношении главного канала недостаток состоит в том, что колпакообразные камеры сужают сечение канала, имеющееся в распоряжении потока распределяемой жидкости, и что конструкция из-за сварочных работ относительно дорогая.

Задачей изобретения является создание экономичного распределителя жидкости типа "элементный распределитель", в котором жидкость беспрепятственно течет из системы вытекания через главный канал и направляется во вспомогательные каналы таким образом, что она в виде успокоенного течения поступает в системы вытекания вспомогательных каналов. Эта задача решается посредством распределителя жидкости, охарактеризованного в п.1 формулы.

Распределитель жидкости содержит главный канал, несколько вспомогательных каналов и систему вытекания главного канала. С помощью этой системы вытекания распределяемую жидкость подают во вспомогательные каналы по заданному соотношению. Система вытекания включает в себя проемы в боковых стенках главного канала и соответствующие вспомогательным каналам направляющие органы для вытекающей через проемы жидкости. Направляющие органы выполнены в отношении направляющего жидкость действия таким образом, что жидкость может быть направлена каждый раз в соответствующий вспомогательный канал.

Зависимые п.п.2-8 относятся к предпочтительным формам выполнения распределителя жидкости, согласно изобретению. П. 9 относится к колонне с распределителем жидкости, согласно изобретению.

Ниже изобретение поясняется с помощью чертежей, на которых изображают:
- фиг.1: в упрощенном виде известный распределитель жидкости с главным и вспомогательными каналами;
- фиг.2: фрагмент распределителя жидкости, согласно изобретению;
- фиг.3: продольный разрез верхней части колонны;
- фиг. 4, 5: фрагменты трех форм выполнения распределителя жидкости, согласно изобретению;
- фиг.6: вид сверху на распределитель жидкости, принадлежащий к изображенному на фиг.4, 5 типу;
- фиг.7: детальное изображение защелкивающегося соединения между направляющим органом и вспомогательным каналом.

Изображенный на фиг. 1 в упрощенном виде распределитель 1 жидкости представляет собой известный "элементный распределитель"; он включает в себя главный 2 и вспомогательные 3 каналы, которые открыты вверх. Конструктивные элементы, необходимые для стабильной конструкции распределителя 1 жидкости, не показаны. Система 30 вытекания вспомогательных каналов 3, через которую жидкость 4 вытекает с равномерным распределением на набивку 7 (фиг.3) и которую в изображенном распределителе 1 можно представить себе как состоящую из отверстий в основании, также не показана.

Вырыв в стенке позволяет свободно взглянуть на описанную выше систему вытекания главного канала 2. Она состоит из колпакообразных камер 21, расположенных в дне главного канала 2 над отверстиями. Нижние края камер плотно соединены с краями отверстий. Проемы 22 позволяют вытекающую из главного канала 2 жидкость 4 затекать в соответствующие камерам 21 вспомогательные каналы 3.

У изображенного на фиг.2 в виде фрагмента распределителя 1 жидкости видна система 5 вытекания главного канала 2, с помощью которой распределяемую жидкость можно подавать во вспомогательные каналы 3 согласно заданному соотношению. Это - распределитель 1 жидкости согласно изобретению, у которого система 5 вытекания включает в себя проемы 20 в боковых стенках главного канала 2 и соответствующие вспомогательным каналам 3 направляющие органы 50 для вытекающей через проемы 20 жидкости 41 (фиг.3). Иначе, чем у изображенной на фиг.1 системы вытекания, эта система 5 вытекания не образует больше препятствия для протекающей по главному каналу 2 жидкости 4.

Проемы 20 соответствуют в отношении количества и величины заданному соотношению, согласно которому жидкость 4 должна быть распределена по вспомогательным каналам 3.

В каждом направляющем органе 50 сечение сужается в направлении течения и вызывает, благодаря такой форме, ведение жидкости, при котором жидкость 4 в виде струи 42 без потерь поступает в соответствующий вспомогательный канал 3. Ведение жидкости в направляющем органе 50 влияет, в основном, только на горизонтальную составляющую скорости вытекающей из главного канала струи 41 жидкости. Составляющая скорости в направлении вспомогательного канала 3 остается в значительной степени без влияния. Струя 41 жидкости поступает во вспомогательный канал 3 с большой горизонтальной и маленькой вертикальной составляющими скорости, в результате чего образуется успокоенное равномерное течение. Таким образом, для жидкости 44, вытекающей из системы 30 вытекания вспомогательных каналов 3, возникает распределение, которое подвержено лишь небольшим колебаниям; распределение жидкости почти не имеет флуктуации.

В распределителе 1 согласно изобретению проемы 20 могут быть расположены распределенными по всей продольной протяженности главного канала. Это обеспечивает позиционирование проемов 20 с относительно большими промежутками, так что взаимное влияние смежных проемов 20 меньше, чем если бы проемы 20 были расположены очень близко друг к другу.

Изображенный на фиг. 3 продольный разрез верхней части колонны 6 (со стенкой 60) показывает главный канал 2 в сечении, вспомогательный канал 3 в продольном разрезе и верхнюю часть упорядоченной набивки 7, которая составлена, например, из слоев гофрированных поверхностей материала с образованием структуры перекрещивающихся каналов. Обрабатываемую жидкость 4 подают по трубе 10 в главный канал 2 (стрелка 40), а оттуда по направляющим органам 50 во вспомогательные каналы 3. Там жидкость 4 циркулирующими потоками 43, создаваемыми посредством струй 42 жидкости, подают в значительной степени равномерно к системе 30 вытекания (не показана).

На фиг. 4 и 5 изображены фрагменты трех форм выполнения распределителя жидкости согласно изобретению отличающихся по-разному выполненными направляющими органами 50, 50', 50''. Как правило, используют унифицированный тип направляющего органа, иначе, чем на фиг.4. Для лучшей наглядности конструкции передние части 50а направляющих органов 50, 50', 50'', а также соответствующие части вспомогательных каналов 3 изображены срезанными. Боковые кромки срезанных частей 50а и передний край 500 обозначены штрихпунктиром. Верхние боковые кромки 31 вспомогательных каналов 3 обозначены также штрихпунктиром.

Как правило, каждому вспомогательному каналу 3 симметричным образом на обеих продольных сторонах главного канала 2 соответствует по одному направляющему органу 50 или 50'. Возможно, например, также, чтобы вспомогательным каналам 3 при смещенном расположении направляющих органов 50'' соответствовало только по одному направляющему органу 50'' (фиг.6).

Первый направляющий орган 50 на фиг.4 соответствует тем, что изображены на фиг.2. Этот направляющий орган 50 и второй направляющий орган 50' изготовлены каждый из куска листовой стали посредством пластического формообразования. По отношению к вертикальной плоскости, проходящей вдоль вспомогательного канала 3, они выполнены зеркально-симметрично.

Направляющий орган 50 закрыт сверху. Он состоит из косой крыши 51, двух вертикальных боковых сторон 52, двух треугольных участков 53 и двух боковых сторон 54, которые вставлены с натягом между боковыми поверхностями 35 вспомогательного канала 3. Жидкость 4, вытекающая через проемы 20 из главного канала 2, направляется сначала крышей 51 под плоским углом вниз, а стенкой 52, 53 направляющего органа 50 - к передней кромке 500, где она поступает во вспомогательный канал 3 с распределением по его ширине.

Направляющий орган 50' открыт вверх и имеет следующие участки: вертикальные поверхности 52', косые треугольные поверхности 53', вертикальные отрезки 54' стенок, входящие во вспомогательный канал 3, и горизонтальную соединительную поверхность 55'. Параболические струи 41 жидкости, выходящие из проемов 20, попадают непосредственно или направляемые стенкой 52', 53' на соединительную поверхность 55', по которой жидкость 4 продолжает течь во внутреннее пространство вспомогательного канала 3.

На фиг. 5 изображен асимметрично выполненный направляющий орган 50'', проходящий по двум смежным вспомогательным каналам 3. Он имеет следующие участки: верхнюю сторону 51'', боковые стороны 52'', 520'' и треугольную поверхность 53''. Этот направляющий орган 50'' подходит для распределителя 1, как он изображен на фиг.6 при виде сверху. Также могут быть предусмотрены симметричные направляющие органы 50 в средней зоне - по два на каждый вспомогательный канал - и асимметричные направляющие органы 50'' во внешних зонах.

Система 5 вытекания вспомогательных каналов 3 позволяет использовать при изготовлении распределителя 1, согласно изобретению, технику соединения, при которой направляющие органы 50 системы 5 вытекания образуют лишь соединения с геометрическим замыканием с главным каналом 2 и вспомогательными каналами 3. Направляющие органы 50, 50', 50'' надеты на их соответствующие вспомогательные каналы 3, причем плотные соединения, в частности сварные швы, больше не требуются. Это обеспечивает экономичное изготовление. Предпочтительно также, что направляющие органы 50 могут быть смонтированы на месте. Они могут быть также демонтированы там, что обеспечивает хороший доступ при очистке распределителя 1.

Надетые на вспомогательные каналы 3 направляющие органы 50 фиксированы на боковых стенках 35 вспомогательного канала 3 преимущественно посредством ослабляемого защелкивающегося или вставного соединения. На фиг.7 изображена одна половина такого защелкивающегося соединения. В нижней боковой стороне 54 изображенного на фиг.4 направляющего органа 50 выполнен язычок 540, упруго-эластично отклоняющийся из плоскости боковой стороны 54. В этом язычке 540 выполнено отверстие 541, имеющее прямую нижнюю кромку 542. При надевании направляющего органа 50 на вспомогательный канал 3 (стрелка 530) язычок 540 скользит по боковой стенке 35 вспомогательного канала 3, причем по обозначенным штрихпунктиром линиям 350 движутся две конечные точки кромки 542. Выполненное тиснением возвышение 351 боковой стенки 35, имеющее входящую во внутреннее пространство вспомогательного канала 3 кромку 352, фиксируется в отверстии 541 язычка 540. Обе кромки 542, 352 выполнены и расположены при этом таким образом, что они в максимально низком положении язычка 540 находятся по одной линии и создают, таким образом, защелкивающееся соединение. Соответствующее защелкивающееся соединение предусмотрено также для параллельной боковой стенки вспомогательного канала 3 (на фиг.7 не показана). После фиксации возвышения 351 в отверстии 541 упругий язычок 540 может быть немного приподнят, с тем чтобы открыть защелкивающееся соединение.

За счет защелкивающегося соединения, т.е. за счет положения возвышения 351, точно задано также положение направляющего органа. При монтаже распределителя 1 возникает (таким образом, без необходимости затрат на измерения) центрирование вспомогательных каналов. Кроме того, за счет прочно надетых на вспомогательные каналы 3 направляющих органов 50 возникает стабильное положение главного канала 2 по отношению к вспомогательным каналам 3.

Распределитель (1) жидкости для колонн содержит главный канал (2), несколько вспомогательных каналов (3) и систему (5) вытекания главного канала. С помощью этой системы вытекания распределяемую жидкость согласно заданному соотношению подают во вспомогательные каналы. Система (5) вытекания включает в себя проемы (20) в боковых стенках главного канала и соответствующие вспомогательным каналам направляющие органы (50) для вытекающей через проемы (20) жидкости. Направляющие органы в отношении ведения жидкости выполнены с возможностью подачи жидкости в соответствующий вспомогательный канал в виде успокоенного потока. 2 с. и 7 з.п. ф-лы, 7 ил.

1. Распределитель (1) жидкости для колонн (6), содержащий главный канал (2), множество вспомогательных каналов (3) и систему (5) вытекания главного канала, с помощью которой распределяемую жидкость (4) согласно заданному соотношению подают во вспомогательные каналы, отличающийся тем, что система (5) вытекания включает в себя проемы (20) в боковых стенках главного канала и соответствующие вспомогательным каналам направляющие органы (50) для вытекающей через проемы (20) жидкости (41), причем направляющие органы в отношении ведения жидкости выполнены с возможностью подачи жидкости (42) в соответствующий вспомогательный канал. 2. Распределитель по п. 1, отличающийся тем, что каждый направляющий орган (50) имеет влияющее на направление жидкости сечение, которое сужается в направлении течения, при этом ведение жидкости влияет, в основном, только на горизонтальную составляющую скорости и оставляет в значительной степени без влияния составляющую скорости в направлении вспомогательного канала (3). 3. Распределитель по п.1 или 2, отличающийся тем, что направляющие органы (50) надеты на их соответствующие вспомогательные каналы (3) и фиксированы на боковых стенках (35) вспомогательного канала посредством разъемного защелкивающего соединения (352, 542) каждый. 4. Распределитель по одному из пп.1-3, отличающийся тем, что каждому вспомогательному каналу (3) симметричным образом соответствуют два направляющих органа (50, 50') или вспомогательным каналам при смещенном расположении направляющих органов соответствует только по одному направляющему органу (50"). 5. Распределитель по одному из пп.1-4, отличающийся тем, что направляющие органы (50; 50') по отношению к вертикальной, ориентированной в продольном направлении вспомогательных каналов (3) плоскости выполнены зеркально-симметричными и/или асимметричными. 6. Распределитель по одному из пп.1-5, отличающийся тем, что направляющие органы (50, 50', 50'') изготовлены каждый из куска листовой стали посредством формообразования. 7. Распределитель по п.6, отличающийся тем, что направляющие органы (50, 50'') закрыты сверху. 8. Распределитель по п. 6, отличающийся тем, что направляющие органы (50') открыты вверх. 9. Колонна (6) с распределителем (1) жидкости по одному из пп.1-8.