КОЛОННЫЙ МАССООБМЕННЫЙ АППАРАТ Российский патент 2007 года по МПК B01D3/22 B01D47/04 B01D53/18 

Изобретение относится к колонным массообменным аппаратам и может найти применение в газовой, нефтяной, химической и смежных отраслях промышленности при осуществлении массообменных процессов для систем газ - жидкость, например, при низкотемпературной абсорбции жидких углеводородов из природного газа.

Известны колонные массообменные устройства по патентам РФ 2102105, 2088297, 2102106, кл. В01D 3/22 содержащие корпус, перфорированные решетки - контактные тарелки с расположенными на них насадками, повышающими эффективность массопередачи между газом и жидкостью. Недостатком этих устройств является снижение свободной площади - живого сечения контактных тарелок насадками расположенными непосредственно на них и перекрывающими часть отверстий для прохода газа, что ведет к повышению гидравлического сопротивления колонного аппарата и снижает его производительность.

Известно контактное устройство для колонных аппаратов по авторскому свидетельству РФ 602203, В01D 3/20; БИ №14 в которых над контактными тарелками установлены объемные сепарационные элементы - насадки поперек направлению движения газового потока, что также увеличивает гидравлическое сопротивление газового и жидкостного потоков.

Известен аппарат для противоточного контакта жидкости с газом по патенту РФ №2119814, кл. В01D 53/18 - прототип, включающий корпус, в котором установлены контактные устройства в виде перфорированных провальных тарелок с установленными над ними объемными насадками, являющимися дополнительной массообменной и сепарационной зоной. Недостатком данных устройств является запирание отверстий расположенных в их центральной части жидкостью стекающей по оси аппарата, где расстояние между насадкой и тарелками минимально, невозможность применения этих устройств для колонных аппаратов больших диаметров (1000 мм и более). Неорганизованный отвод жидкости и отсутствие равномерного распределения газового потока увеличивает гидравлическое сопротивление контактных устройств, снижает их производительность и эффективность.

Целью изобретения является повышение эффективности массообмена и сепарации, снижение гидравлического сопротивления путем стабилизации и выравнивания газожидкостного слоя и потоков на массообменном устройстве.

Указанная цель достигается тем, что в колонном массообменном аппарате, содержащем штуцера подачи и отбора газа и жидкости, контактные тарелки с каналами для прохода фаз и расположенные над тарелками на опорах объемными насадками, насадки расположены на опорных элементах выше уровня жидкости на тарелках и выполнены со свободным объемом (75-96)%, удельной поверхность 100-250 м²/м³; что в качестве опор используются переливные перегородки тарелок, а смежные элементы слоев насадки, обращенные к поверхности тарелки ориентированы в сторону слива жидкости; что насадка перекрывает переливы жидкости, а над узлом подачи жидкости установлены, по крайней мере, дополнительно два перекрещивающихся слоя насадки, а расстояние от тарелки с подачей жидкости до дополнительных слоев насадки равно или более расстояния между тарелками.

Заявителю и авторам не известны конструкции колонных аппаратов, в которых повышение эффективности массообмена и сепарации, повышение производительности и снижение гидравлического сопротивления достигалось бы подобным образом.

На фиг.1 изображен общий вид колонного аппарата с контактными тарелками и расположенными над ними регулярными насадками.

На фиг.2 изображен слой насадки в плане, смежный с контактными устройствами.

Колонный массообменный аппарат (Фиг.1) состоит из корпуса 1, включающего нижнюю часть 2 большего диаметра для разделения сырья, т.е. для контакта жидкостного и газового потоков, и верхнюю 3 меньшего диаметра для контакта газового потока с орошаемой жидкостью и(или) его сепарации и фильтрации.

Корпус 1 снабжен штуцером подачи газа 4 и жидкости 5, штуцерами отбора газа 6 и жидкости 7.

В нижней части 2 корпуса 1 размещены:

- массообменные тарелки 8 с перфорацией 9 для прохода газа и переливами 10 для отбора жидкости после ее контакта с газом;

- верхняя массообменная тарелка 11, которая орошается жидкостью через штуцер 5;

- регулярная насадка 12, состоящая из элементов 13, размещенная над массообменными тарелками 8 и 11. Элементы 13 ориентированы в направлении перелива жидкости 10 (Фиг.2);

- насадочная сепарационная секция 14, размещенная над насадкой тарелки подачи жидкости 5.

В верхней части 3 корпуса 1 размещена фильтрующая секция 15 со сливной трубой 16.

Колонный массообменный аппарат работает следующим образом.

Жидкость подают через штуцер 5 на верхнюю массообменную тарелку 11, где она распределяется по перфорированной поверхности и контактирует в противотоке с поднимающимся потоком газа, при этом из него извлекаются высококипящие компоненты. Газовый поток на регулярной насадке 12 равномерно распределяют по сечению аппарата, на развитой поверхности насадки разрушают пену, которая образуется при контакте легких углеводородов с высокомолекулярной жидкостью, отделяют из него жидкость, после чего подают на сепарационную насадку 14.

Стекающая в противотоке к газу жидкость смачивает регулярную насадку 12, имеющая развитую поверхность 100-250 м²/м³ при большом свободном объеме (75-96)%, равномерно распределяется по сечению аппарата, освобождается от пузырьков газа (дегазируется), после чего поступает на полотно нижележащей тарелки. Для снижения гидравлического сопротивления колонны по газу жидкость и пенный слой направляют между элементами насадки, ориентированными в сторону перелива, при этом насадка размещена над уровнем жидкости, что снижает гидравлическое сопротивление по ее перемещению.

Выполнение колонного массообменного аппарата с объемными регулярными насадками, расположенными выше уровня жидкости на контактной тарелке, позволяет уменьшить их гидравлическое сопротивление за счет уменьшения объема жидкости в насадке, которая не сжимаема, а, как следствие, уменьшить скорость газа в ней и снизить капельный вынос из нее. Дополнительно гидравлическое сопротивление снижается при ориентации элементов насадки в сторону слива жидкости. Насадка орошается пенным слоем и жидкостью, выносимой с контактной тарелки, при этом развитая поверхность способствует разрушению пены. Выполнение свободного объема насадки (75-96)%, а удельной поверхности в интервале 100-250 м²/м³ практически не увеличивает сопротивление контактного устройства, исключает режим "захлебывания" насадки при повышении эффективности контактного устройства. Увеличение удельной поверхности выше верхнего предела уменьшает живое сечение насадки и свободный объем, следовательно, увеличивает гидравлическое сопротивление насадки и вынос капельной жидкости. Уменьшение поверхности насадки ниже нижнего предела ведет к уменьшению эффективности насадки, т.е. к снижению эффективности массопередачи между газом и жидкостью.

Колонный массообменный аппарат относится к колонным массообменным аппаратам и может найти применение в газовой, нефтяной, химической и смежных отраслях промышленности при осуществлении массообменных процессов для систем газ-жидкость, например, при низкотемпературной абсорбции жидких углеводородов из природного газа. Аппарат содержит штуцера подачи и отбора газа и жидкости, контактные тарелки с каналами для прохода фаз и расположенные на опорных элементах над тарелками объемные насадки. Насадки расположены на опорных элементах выше уровня жидкости на тарелках и выполнены со свободным объемом (75-96)%, удельной поверхностью (100-250) м²/м³. Смежные элементы слоев насадки, обращенные к поверхности тарелки, ориентированы в сторону слива жидкости. Над каждой тарелкой установлено, по крайней мере, два перекрещивающихся слоя насадки. Изобретение позволяет уменьшить гидравлическое сопротивление аппарата за счет уменьшения объема жидкости в насадке, а как следствие, уменьшить скорость газа в ней и снизить капельный вынос из нее. 2 ил.

Колонный массообменный аппарат, содержащий штуцера подачи и отбора газа и жидкости, контактные тарелки с каналами для прохода фаз и расположенные на опорных элементах над тарелками объемные насадки, отличающийся тем, что насадки расположены выше уровня жидкости на тарелках, выполнены со свободным объемом 75-96% при удельной поверхности 100-250 м²/м³, а смежные элементы слоев насадки, обращенные к поверхности тарелки, ориентированы в сторону слива жидкости, причем над каждой тарелкой установлено, по крайней мере, два перекрещивающихся слоя насадки.