МАССООБМЕННАЯ КОЛОННА Российский патент 2004 года по МПК B01D3/20 

Изобретение относится к устройствам для проведения химических процессов и процессов тепломассообмена для систем газ (пар) - жидкость и может быть использовано в химической, нефтехимической, нефтеперерабатывающей и других отраслях промышленности.

Известна конструкция массообменной колонны, в которой установлены тарелки одна над другой (А.Г.Касаткин. Основные процессы и аппараты химической технологии. М., Химия, 1973 г., с.451-453. Рис.XI-19). Тарелки состоят из горизонтального полотна, газовых патрубков, колпачков, размещенных над патрубками, переливных трубок. Колпачки имеют прорези на боковой поверхности. Переливные трубки располагают на тарелках таким образом, чтобы жидкость на соседних тарелках протекала во взаимно противоположных направлениях.

Устройство работает следующим образом.

Газ поступает на тарелку по газовым патрубкам. Далее, проходя через прорези на боковой поверхности колпачка, газ разбивается на большое число отдельных струй и попадает в слой жидкости, перетекающий по полотну тарелки от одной переливной трубки к другой. При движении через слой жидкости газ распределяется в виде пузырьков. Интенсивность образования пены в массообменной колонне зависит от скорости движения газа и глубины погружения колпачка в жидкость.

Данная массообменная колонна имеет низкую эффективность массообменного процесса при малой нагрузке по газу ввиду резкого снижения поверхности контакта фаз. Кроме того, при большой высоте пены на полотне тарелки образующаяся газожидкостная смесь по переливной трубке может стекать на нижерасположенную тарелку, что приводит к снижению движущей силы процесса (явление обратного перемешивания по газу) и эффективности массообмена.

Известна конструкция вертикальной цилиндрической массообменной колонны, в которой установлены тарелки одна под другой (Патент РФ №2114674, кл. B 01 D 3/20, опубл. 07.10.1998). Тарелки включают круглую горизонтальную перфорированную плиту с центральным вертикальным паровым патрубком с круглым колпачком с перфорациями в боковых стенках. Вокруг центрального парового колпачка установлен полукольцевой паровой колпачок с перфорациями в боковых стенках. Над плитой расположена вертикальная сливная труба, в плиту вставлена переливная труба, нижняя часть которой является сливной трубой нижерасположенной тарелки. На смежных выше- и нижерасположенных тарелках места расположения переливных и сливных труб взаимно меняются. Над полотном тарелки плотно установлена вертикальная перегородка, проходящая диаметрально над центральным колпачком и над наружным периметром полукольцевого колпачка до его края, где примыкает к стенке колонны.

Устройство работает следующим образом.

Парогазовая смесь, поднимаясь вверх по колонне, проходит сквозь отверстия в полотне тарелки, а также через перфорации центрального колпачка и полукольцевого колпачка, и попадает в слой жидкости, образуя парожидкостную смесь. Т.к. отверстия в полотне тарелки и колпачках выполнены с направлениями осей в одну и ту же сторону, то на тарелке образуется направленный вращающийся парожидкостной поток. Поток направлен от сливной трубы вышерасположенной тарелки к переливной трубе настоящей тарелки.

Данное устройство имеет сложную конструкцию, эффективность работы вихревых устройств снижается при больших нагрузках по жидкости и большой высоте пены ввиду захвата жидкости на вышерасположенную тарелку, а также за счет попадания пены по переливной и сливной трубе на нижерасположенную тарелку.

Предлагаемым изобретением решается задача повышения эффективности и устойчивости работы массообменной колонны.

Для достижения указанного технического результата предложена массообменная колонна, содержащая тарелки, выполненные в виде горизонтального полотна с отверстиями, по меньшей мере один колпачок с перфорированной крышкой и отверстиями в боковой поверхности, установленный на полотне тарелки, вставленную в полотно тарелки по меньшей мере одну переливную трубу. Соосно переливной трубе снаружи от нее установлена защитная труба, причем защитная труба имеет отверстия в верхней части, или выполнена с зазором относительно полотна вышерасположенной тарелки, и отверстия в нижней части, или выполнена с зазором относительно полотна настоящей тарелки. Переливная труба имеет в верхней части отверстия, выполненные, например, тангенциально. Переливная труба является сливной трубой для нижерасположенной тарелки.

Предлагаемая массообменная колонна иллюстрируется представленными чертежами.

На фиг.1 представлен продольный разрез массообменной колонны; на фиг.2 - вид А на фиг.1; на фиг.3 - вид Б на фиг.1; на фиг.4 - поперечный разрез D-D переливной трубы.

Массообменная колонна содержит тарелки, включающие горизонтальное полотно 1 с отверстиями 2, колпачок (колпачки) 3 с перфорированной крышкой и отверстиями 4 в боковой поверхности, установленный (установленные) на полотне 1 тарелки, а также вставленную в полотно тарелки переливную трубу 5, нижняя часть которой является сливной трубой на нижерасположенную тарелку. Переливная труба 5 имеет отверстия 6 в верхней части. Соосно переливной трубе 5 и снаружи от нее установлена защитная труба 7. Защитная труба 7 имеет отверстия 8 в верхней части или выполнена с зазором 9 относительно полотна вышерасположенной тарелки и отверстия 10 в нижней части или выполнена с зазором 11 относительно полотна настоящей тарелки.

Массообменная колонна работает следующим образом.

Парогазовая смесь, поднимаясь вверх, проходит сквозь отверстия 2 в полотне 1 тарелки и отверстия перфорированной крышки колпачка 3 и, попадая в слой жидкости, образует газожидкостную смесь. Жидкость проходит в отверстия 4 боковой поверхности колпачка 3, захватывается восходящим парогазовым потоком и переносится сквозь отверстия в перфорированной крышке колпачка 3, способствуя перемешиванию объема жидкости на тарелке. Сток жидкости на нижерасположенную тарелку осуществляется через отверстия 10 в нижней части защитной трубы 7 (или зазор 11) по пространству между защитной трубой 7 и переливной трубой 5 и далее посредством трубы 5. В отверстия 10 (или зазор 11) защитной трубы 7 поступает жидкость из объема, непосредственно прилегающего к полотну 1 тарелки, и поэтому содержит минимальное количество газовых пузырьков. Защитная труба 7 предотвращает попадание в переливную трубу 5 газожидкостной смеси из объема над колпачком 3, где содержание пузырьков газа максимально. По мере движения жидкости в пространстве между защитной трубой 7 и трубой 5 происходит частичное отделение жидкости от пузырьков газа, полное отделение наблюдается при истечении жидкости в трубу 5 через отверстия 6. Тангенциальное исполнение отверстий 6 в трубе 5 предопределяет вращательное движение жидкости по стенке трубы 5 и отделение парогазовой фазы к центру патрубка и поэтому на нижерасположенную тарелку по трубе 5 стекает жидкость, свободная от газа, что исключает влияние на массообмен обратного перемешивания по газу. Выделившийся из жидкости газовый объем посредством отверстий 8 (или зазора 9) в верхней части защитной трубы 7 соединяется с пространством над колпачком 3 тарелки. Такое соединение предотвращает засифонивание жидкости в пространстве между трубой 7 и трубой 5 с неконтролируемым стоком жидкости на нижерасположенную тарелку и тем самым повышает устойчивость работы массообменной колонны. Эффект сифона может иметь место при работе колонны с высоким уровнем жидкости (режим затопления), что определяется высотой переливной трубы 5. Кроме того, выполнение переливной трубы 5 вынесенной относительно колпачка 3 предотвращает захлебывание колонны при изменении (увеличении) расхода парогазовой смеси, т.к. вход газа на тарелку и сток жидкости на нижележащую тарелку происходит независимо. Таким образом, данное выполнение массообменной колонны позволяет повысить эффективность и устойчивость работы массообменной колонны.

Изобретение относится к устройствам для проведения массообменных процессов для систем газ(пар) - жидкость и может быть использовано в химической, нефтехимической, нефтеперерабатывающей и других отраслях промышленности. Массообменная колонна содержит тарелки, выполненные в виде горизонтального полотна с отверстиями, колпачки с перфорированными крышками и отверстиями в боковой поверхности, установленные на полотне тарелки, а также вставленную в полотно тарелки переливную трубу. Соосно переливной трубе установлена защитная труба, причем защитная труба имеет отверстия в верхней части, или расположена с зазором относительно полотна вышерасположенной тарелки, и отверстия в нижней части, или расположена с зазором относительно полотна настоящей тарелки, а переливная трубка имеет отверстия в верхней части. Изобретение позволяет повысить эффективность и устойчивость работы массообменной колонны. 4 ил.

Массообменная колонна, содержащая тарелки, выполненные в виде горизонтального полотна с отверстиями, колпачки с перфорированными крышками и отверстиями в боковой поверхности, установленные на полотне тарелки, а также вставленную в полотно тарелки переливную трубу, отличающаяся тем, что соосно с переливной трубой установлена защитная труба, причем защитная труба имеет отверстия в верхней части, или расположена с зазором относительно полотна вышерасположенной тарелки и отверстия в нижней части, или расположена с зазором относительно полотна настоящей тарелки, а переливная трубка имеет отверстия в верхней части.