АППАРАТ КОЛОННЫЙ С КОЛПАЧКОВЫМИ ТАРЕЛКАМИ Российский патент 2012 года по МПК B01D3/18 B01D3/32 B01D53/18 

Настоящее изобретение относится к области химического машиностроения и может быть использовано при изготовлении ректификационных и абсорбционных колонн для работы с высококоррозионными средами.

Известна ректификационная колонна [авт. свид. СССР №456439, МКИ B01D /32, опубл. 27.10.1977], содержащая вертикальный цилиндрический корпус, выполненный из царг, днища и крышки, причем на торцах царг закреплены фланцы. Царги, днище и крышка футерованы фторопластом. Корпус разделен по высоте на отдельные секции перфорированными тарелками из фторопласта-4, края которых зажаты между фланцами царг. В секциях размещены насадочные элементы, оросители, змеевиковые теплообменники и распределительные патрубки. Тарелка колонны представляет собой перфорированный диск с кольцевым пазом для установки распределительного цилиндра. Насадочные элементы изготовлены из кварца. Фланцевые соединения известной колонны недостаточно надежны.

Указанный недостаток обусловлен тем, что используемый для изготовления тарелок толстолистовой фторопласт-4 (толщина, примерно, 40 мм) при сжатии между фланцами царг и повышенных температурах ведет себя непредсказуемо из-за большой величины деформаций от псевдотекучести, а также большой неравномерности величины температурных деформаций по сечению тарелки, что приводит к разгерметизации фланцевого соединения.

Наиболее близким к предлагаемому по совокупности существенных признаков является колонный аппарат с колпачковыми тарелками [патент РФ №2214852, МПК⁷ B01D 3/18, B01D 3/32, опубл. 27.10.2003]. Известный аппарат содержит вертикальный цилиндрический корпус, выполненный из царг, днища и крышки, колпачковые тарелки, состоящие из оснований в форме диска, барботажных колпачков, переливных труб и гидрозатвора; опорные кольца, наружный край каждого опорного кольца зажат между фланцами соосно расположенных царг, а на внутренний его край сверху опирается своим наружным краем основание посредством эластичного уплотнительного элемента, размещенного в кольцевой проточке, выполненной на нижней поверхности основания и имеющей поперечное сечение в форме обратной трапеции, вертикальные опоры-стойки, установленные на днище корпуса и основание каждой тарелки, кроме верхней, причем между нижней поверхностью основания и верхним торцом опоры-стойки предусмотрен температурный зазор. Между наружной цилиндрической поверхностью основания и внутренней поверхностью царги размещено дополнительное эластичное уплотнение. Недостатком описанного аппарата является низкая эффективность.

Указанный недостаток обусловлен паразитными перетоками орошающей жидкости через соединение опорного кольца с основанием из-за значительного увеличения неплоскостности основания от возникающих в нем температурных деформаций. Кроме того, при толчках давления подаваемого в колонну газа основания смещаются вверх. После прекращения толчков основания не возвращаются в исходное положение, а остаются в наклонном положении из-за наличия дополнительного эластичного уплотнения между наружной цилиндрической поверхностью основания и внутренней поверхностью царги, что также увеличивает паразитные перетоки орошающей жидкости и ведет к нарушению протекания массообменных процессов на тарелке.

Технической задачей изобретения является создание колонного аппарата с колпачковыми тарелками, работающего с высокой эффективностью и высокой надежностью фланцевых соединений.

Поставленная задача решается тем, что в аппарате колонном с колпачковыми тарелками, содержащем вертикальный цилиндрический корпус, выполненный из днища, царг и крышки, причем на торцах царг закреплены фланцы, колпачковые тарелки, состоящие из оснований в форме диска, барботажных колпачков, переливных труб и гидрозатвора, вертикальные опоры-стойки, установленные на днище и каждое основание, кроме верхнего, одна над другой, а между нижней поверхностью основания и верхним торцом опоры-стойки предусмотрен температурный зазор, согласно изобретению наружные края нижней и верхней поверхностей основания зажаты между фланцами соосно расположенных царг, на наружной цилиндрической поверхности основания выполнен кольцевой паз, в который плотно установлено разрезное кольцо, выполненное из двух симметричных полуколец, соединенных между собой крепежными деталями, на нижней и верхней поверхностях каждого основания выполнены кольцевые канавки, расположенные соосно с основанием, кроме того, детали барботажных колпачков, переливных труб и гидрозатвора, заглубленные в основании, расположены внутри окружности наименьшего внутреннего диаметра канавки, на основание верхней тарелки установлены дополнительные вертикальные опоры-стойки, расположенные соосно с нижерасположенными опорами-стойками, причем между нижней поверхностью крышки и верхними торцами дополнительных опор-стоек предусмотрен температурный зазор.

Глубина канавки равна 2/3 толщины основания, а сумма ширин канавок не менее половины температурного расширения основания в радиальном направлении.

Корпус и разрезные кольца выполнены из стали, внутренние поверхности корпуса защищены фторопластом, детали, расположенные внутри корпуса, выполнены из фторопласта-4.

Сущность изобретения станет более понятной из следующего конкретного примера его выполнения и прилагаемых чертежей.

На фиг.1 изображен продольный разрез колпачковой абсорбционной колонны диаметром 1000 мм для очистки водой хладона-22 от хлористого и фтористого водорода. Рабочая температура среды аппарата - плюс 60°С. Для упрощения графического материала показано три тарелки.

На фиг.2 изображен вид А на фиг.1.

На фиг.3 изображен вид Б на фиг.1.

На фиг.4 изображен вид В на фиг.1.

Аппарат (фиг.1) содержит вертикальный цилиндрический корпус, выполненный из опоры 1, днища 2, царг 3 и крышки 4, причем к торцам царг 3 приварены фланцы 5 (фиг.2), колпачковые тарелки, состоящие из оснований 6 в форме диска, барботажных колпачков 7, переливных труб 8 (фиг.3) и гидрозатвора 9 (фиг.4), вертикальные опоры-стойки 10, установленные на днище 2 и каждое основание 6, а между нижней поверхностью основания 6, крышки 4 и верхним торцом опор-стоек 10 предусмотрен температурный зазор k. Наружные края нижней и верхней поверхностей основания 6 зажаты между фланцами 5 соосно расположенных царг 3. На наружной цилиндрической поверхности основания 6 выполнен кольцевой паз, в который плотно установлено разрезное кольцо 11, выполненное из двух симметричных полуколец, соединенных крепежными деталями (болт, гайка). Толщина отбортовки Т основания 6 (фиг.2) 6 мм. На нижней и верхней поверхностях основания 6 выполнены кольцевые канавки h1 и h2, расположенные соосно с основанием 6. Стыки фланцев 5 и оснований 6 уплотнены прокладками 12 из фторопласта-4. Детали барботажных колпачков 7, переливных труб 8 и гидрозатвора 9, ввернутые в резьбовые отверстия основания 6, расположены внутри окружности наименьшего внутреннего диаметра D канавки h1.

Для компенсации температурного расширения основания 6 глубина канавок равна 2/3 толщины Н основания 6, а сумма ширин В1 и В2 больше половины температурного расширения основания 6 в радиальном направлении.

Количество канавок на нижней и верхней поверхностях основания должно быть одинаково для сохранения плоскостности основания 6 при его температурном расширении.

Составные части корпуса 1, 2, 3, 4, 5 и разрезные кольца 11 выполнены из стали, внутренние поверхности корпуса защищены фторопластом, детали, расположенные внутри корпуса, выполнены из фторопласта-4.

Толщина отбортовки основания 6 (6 мм) обеспечивает необходимую ее прочность и жесткость, кроме того, в отбортовке такой толщины величины деформаций от псевдотекучести и температурных деформаций незначительны.

Аппарат работает следующим образом. Через боковой штуцер нижней царги подается газообразный хладон-22, содержащий хлористый и фтористый водород. Через штуцер с сифоном в крышке аппарата подается вода. На колпачковых тарелках аппарата происходят массообменные процессы, в результате которых из штуцера днища выходит смесь соляной и плавиковой кислот. Из штуцера на крышке выходит очищенный хладон-22. В предлагаемом аппарате обеспечивается высокая надежность фланцевых соединений и исключаются паразитные перетоки орошающей жидкости, что позволяет аппарату работать с высокой эффективностью. Кроме того, наличие толчков давления подаваемого газа не отражается на работе аппарата.

Предлагаемый аппарат успешно прошел опытную проверку и внедрен в производство.

Изобретение может быть использовано в химической промышленности при изготовлении ректификационных и абсорбционных колонн для работы с высококоррозионными средами. В вертикальном колонном аппарате с колпачковыми тарелками корпус выполнен из днища, царг и крышки. На торцах царг закреплены фланцы. Колпачковые тарелки состоят из оснований в форме диска, барботажных колпачков, переливных труб и гидрозатвора. На днище и на каждое основание установлены вертикальные опоры-стойки с температурным зазором. На наружной цилиндрической поверхности каждого основания выполнен кольцевой паз, в который плотно установлено разрезное кольцо, выполненное из двух симметричных полуколец, соединенных между собой. Основания зажаты между фланцами царг. На нижней и верхней поверхностях каждого основания соосно выполнены кольцевые канавки. Детали барботажных колпачков, переливных труб и гидрозатвора, заглубленные в основании, расположены внутри окружности наименьшего внутреннего диаметра канавки. Глубина канавки равна 2/3 толщины основания, а сумма ширин канавок не менее половины температурного расширения основания в радиальном направлении. Корпус и разрезные кольца выполнены из стали, внутренние поверхности корпуса защищены фторопластом, детали, расположенные внутри корпуса, выполнены из фторопласта-4. Технический результат: высокая надежность фланцевых соединений, высокая эффективность. 2 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Аппарат колонный с колпачковыми тарелками, содержащий вертикальный цилиндрический корпус, выполненный из днища, царг и крышки, причем на торцах царг закреплены фланцы, колпачковые тарелки, состоящие из оснований в форме диска, барботажных колпачков, переливных труб и гидрозатвора, вертикальные опоры-стойки, установленные на днище и каждом основании, кроме верхнего, одна над другой, а между нижней поверхностью основания и верхним торцом опоры-стойки предусмотрен температурный зазор, отличающийся тем, что наружные края нижней и верхней поверхностей основания зажаты между фланцами соосно расположенных царг, на наружной цилиндрической поверхности основания выполнен кольцевой паз, в который плотно установлено разрезное кольцо, выполненное из двух симметричных полуколец, соединенных между собой крепежными деталями, на нижней и верхней поверхностях каждого основания выполнены кольцевые канавки, расположенные соосно с основанием, кроме того, детали барботажных колпачков, переливных труб и гидрозатвора, заглубленные в основании, расположены внутри окружности наименьшего внутреннего диаметра канавки, на основание верхней тарелки установлены дополнительные вертикальные опоры-стойки, расположенные соосно с нижерасположенными опорами-стойками, причем между нижней поверхностью крышки и верхними торцами дополнительных опор-стоек предусмотрен температурный зазор.

2. Аппарат по п.1, отличающийся тем, что глубина канавки равна 2/3 толщины основания, а сумма ширин канавок не менее половины температурного расширения основания в радиальном направлении.

3. Аппарат по п.1, отличающийся тем, что корпус и разрезные кольца выполнены из стали, внутренние поверхности корпуса защищены фторопластом, детали, расположенные внутри корпуса, выполнены из фторопласта-4.