КОНТАКТНОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПРОВЕДЕНИЯ ТЕПЛОМАССООБМЕНА И РАЗДЕЛА ФАЗ В СЕКЦИОНИРОВАННЫХ ПЕРЕКРЕСТНОТОЧНЫХ НАСАДОЧНЫХ КОЛОННАХ В СИСТЕМАХ ГАЗ-ЖИДКОСТЬ И ЖИДКОСТЬ-ЖИДКОСТЬ Российский патент 2015 года по МПК B01J19/32 

Изобретение относится к насадочным контактным устройствам, применяемым в тепломассообменных колонных аппаратах, в которых осуществляются процессы ректификации, перегонки, абсорбции, экстракции, и может быть использовано в нефтеперерабатывающей, нефтехимической, химической, газовой, пищевой и других отраслях промышленности.

Известна установка фракционирования углеводородов, содержащая ректификационную колонну, вход которой соединен с линией подачи сырья, снабженной теплообменником, подогревателем и сырьевой емкостью, верх соединен с линией отвода пропан-бутановой фракции, снабженной воздушным холодильником, дефлегматором, а низ - с линией отвода пентан-гексановой фракции, подключенной к теплообменнику, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит холодильник-конденсатор, установленный параллельно теплообменнику и подключенный к линии отвода пропан-бутановой фракции перед воздушным холодильником, а в ректификационной колонне установлена перекрестноточная регулярная насадка (Установка фракционирования углеводородов: свидетельство №54805 Рос. Федерация. №2005135804/22; заявл. 17.11.2005; опубл. 27.07.2006). Недостатком данного патента является отсутствие конструктивных особенностей перекрестноточной регулярной насадки, а представленная на рис. 1 схема ректификационной колонны позволяет считать, что авторы рассматривали противоточную насадочную колонну.

Известна насадочная массообменная перекрестноточная колонна, включающая корпус, в котором размещена насадка, разделенная на секции горизонтальными перегородками с отверстиями для прохода газа и жидкости, отличающаяся тем, что в центральной части корпуса на опорных элементах днища колонны установлена рама с вертикальными стойками, между которыми размещены секции насадки таким образом, что они образуют с горизонтальными перегородками боковые сегменты, в которых выполнены смотровые люки (Насадочная массообменная перекрестноточная колонна: свидетельство №18646 Рос. Федерация. №2000130295/20; заявл. 16.12.2000; опубл. 10.07.2001). Недостатком данного патента является узкий диапазон устойчивой работы контактного устройства, так как при снижении расхода жидкой фазы нарушается гидродинамика течения жидкой пленки по поверхности насадки с разрывом струи и возможностью проскока газовой фазы через контактное устройство без контакта с жидкой фазой, что снизит эффективность тепломассообмена в насадке, а при повышении расхода жидкой фазы за счет роста гидравлического сопротивления неизбежен отрыв части жидкой пленки с поверхности насадки на внешней стороне секции, дроблением сорвавшейся жидкой пленки на капли восходящим потоком газа с последующим забросом соответствующей части жидкого продукта на вышележащее контактное устройство, что приведет к снижению качества разделения исходной смеси в колонне в целом.

Известен способ контакта текучих сред в пространственном структурированном элементе, который включает подачу текучих сред в элемент, их контактирование в объемах и на поверхностях макро- и микроструктур, организацию в микроструктуре безотрывного потока, по крайней мере, одной из жидких сред, обеспечение движения этого потока действием одного или нескольких силовых полей, отвод жидкой текучей среды из микроструктуры, а другой текучей среды - из макроструктуры, при этом в качестве силового поля рассматривается гравитационное или электрическое (Способ контакта текучих сред в пространственном структурированном элементе: пат. 2186617 Рос. Федерация. №2000117493/12; заявл. 16.12.2000; опубл. 10.07.2001). Недостатком данного способа является то, что не приводятся характерные размеры микро- и макроструктур, которые могли бы отнести элементы конструкции насадки, представляющей собой в сущности систему плоскопараллельных пластин, к соответствующему виду структур, кроме того, с позиций массопереноса в системе газ-жидкость массопередача протекает в тонком пограничном слое между потоками газа и жидкости, который только и можно рассматривать в качестве микроструктуры, тогда как и пленку жидкой фазы на пластине, и поток газовой фазы между пластинами следует рассматривать как макроструктуру. При течении жидкой фазы по поверхности пластин контактного устройства, особенно при их вертикальной ориентации возможно нарушение пленочного течения жидкой фазы, срыв пленки жидкости с поверхности пластин с последующим забросом соответствующей части жидкого продукта на вышележащее контактное устройство, что ухудшит качество разделения исходной смеси в колонне в целом.

Известна также насадка для массообменных колонн, состоящая из чередующихся плоских и гофрированных листов, соприкасающихся между собой так, что часть выступов гофрированного листа образует с плоским листом зазор, отличающаяся тем, что с целью интенсификации тепломассопереноса за счет ликвидации застойных зон, уменьшения брызгоуноса и уменьшения металлоемкости устройств гофры расположены под углом 60 градусов к плоскому листу, а отношение их шага к расстоянию между плоскими листами составляет 0,7-0,8, при этом смежные ряды имеют противоположное направление гофрирования, при этом листы могут быть выполнены из сетки (Насадка для массообменных колонн: пат. 1562022 SU №4483584/31-26; заявл. 20.07.88; опубл. 07.05.90; Бюл. №17). Недостатком данного патента является выполнение гофрированных листов из сетки, что усложняет формирование насадочного контактного устройства из-за недостаточной прочности сетки.

Известны также варианты регулярных насадок для тепломассообменных аппаратов:

а) регулярная насадка, состоящая из пакета гофрированных листов, выполненных из сплошного или перфорированного листового материала, гофрированные листы имеют отверстия, выполненные в выступающей части гофр, и расстояние между отверстиями равно шагу гофр, при этом выступающие части гофр установлены в отверстия соседнего листа с образованием зазоров между кромкой отверстий и этой частью гофр, отличающаяся тем, что пакет состоит из гофрированных листов, выполненных из сплошного или перфорированного листового материала, чередующихся с гофрированными листами из сплошного или перфорированного листового материала с отверстиями, причем отверстия выполнены в выступающих частях гофр, обращенных к обоим соседним гофрированным листам из сплошного или перфорированного листового материала,

б) регулярная насадка для тепломассообменных аппаратов, состоящая из пакета гофрированных листов, выполненных из сплошного или перфорированного листового материала, гофрированные листы имеют отверстия, выполненные в выступающей части гофр, и расстояние между отверстиями равно шагу гофр, при этом выступающие части гофр установлены в отверстия соседнего листа, отличающаяся тем, что пакет состоит из гофрированных листов, выполненных из сплошного или перфорированного листового материала, чередующихся с гофрированными листами из сплошного или перфорированного листового материала прямоугольного или трапециевидного профиля с отверстиями, причем отверстия выполнены в выступающих частях гофр, обращенных к обоим соседним гофрированным листам из сплошного или перфорированного листового материала, при этом отверстия по форме соответствуют профилю соседнего гофрированного листа, а торцевая часть гофр между отверстиями имеет прорезь (Регуляторная насадка (варианты): пат. 2505350 Рос. Федерация. №2012142327/05; заявл. 16.12.2000; опубл. 10.07.2001). Недостатком данного патента является полная невозможность использования данной насадки в качестве перекрестноточного контактного устройства при изготовлении гофрированных листов из сплошного листового материала в связи с возможностью реализации только противоточного режима организации потоков жидкой и паровой фаз, а при изготовлении гофрированных листов из перфорированного листового материала перекрестноточная организация потоков жидкой и паровой фаз будет неэффективна в связи с неизбежным ограничением расхода паровой фазы в массообменном аппарате, связанным с низким проходным сечением для парового потока, который должен проходить сквозь перфорацию гофрированных листов, у которых живое сечение обычно составляет 0,05-0,1 от площади листа и не может превышать величину 0,22, что приведет к необходимости при реализации перекрестного тока резкого увеличения размеров и металлоемкости контактного устройства и массообменного аппарата в целом.

Известна также насадочная тепломассообменная перекрестноточная колонна, включающая корпус, в котором размещена насадка, разделенная на секции горизонтальными перегородками с отверстиями для прохода пара (газа) и жидкости. Согласно изобретению горизонтальное сечение колонны на каждой ступени контакта разделено на секции, состоящие из зоны входа паров (газов), зоны контакта пара (газа) и жидкости и зоны перетока жидкости на нижерасположенную и пара (газа) на вышерасположенную ступень, образующие в объеме колонны винтовое движение потоков жидкости и пара (газа) вокруг ее вертикальной оси, причем степень секционирования потоков жидкостей и пара (газа) одинакова и равна количеству секций на ступени контакта (Насадочная тепломассообменная перекрестноточная колонна: пат. 2049542 Рос. Федерация. №5047133/26; заявл. 11.06.92; опубл. 10.12.95). Недостатками данного изобретения являются:

- отсутствие зоны накопления флегмы, стекающей в распределитель жидкой фазы из вышележащей секции и, как следствие, заполнение нижней части насадки этой секции жидкой фазой, что приводит к снижению массообменной эффективности секции и колонны в целом, а также дополнительным капитальным затратам на неработающую погруженную в жидкость нижнюю части насадки этой секции;

- перелив жидкой фазы через отбортовку секции насадки при увеличении расхода орошения в зону перетока пара (газа) вместо зоны перетока жидкости, что нарушает гидродинамический режим работы колонны;

- неизбежность нарушения однородности пленок жидкой фазы, стекающей по поверхности насадки при значительных размерах секции насадки в массообменных аппаратах высокой производительности и большого диаметра из-за существенного проявления при этом диффузионного характера течения локальных струй жидкой фазы, что приведет к образованию на поверхности насадки зон, на которых отсутствует сток жидкой фазы и соответственно массообмен между стекающей жидкостью и паром (газом).

При создании изобретения ставилась задача одновременного совершенствования конструкции перекрестноточного контактного устройства с целью интенсификации тепломассообмена за счет уменьшения вероятности создания байпасных потоков жидкой фазы, стекающей по регулярной насадке, возможности применения перекрестноточного контактного устройства не только в системах газ-жидкость, но и в системах жидкость-жидкость, возможности применения противоточного контактного устройства в массообменном аппарате большого диаметра и упрощения технологии монтажа перекрестноточного контактного устройства в массообменном аппарате.

Поставленная задача решается за счет того, что контактное устройство для проведения тепломассообмена и раздела фаз в секционированных перекрестноточных насадочных колоннах в системах газ-жидкость и жидкость-жидкость, включающее совокупность идентичных контактных элементов, собранных в пакет, в котором они расположены параллельно друг другу, при этом собранные друг на друге в один или несколько рядов пакеты из идентичных контактных элементов, скрепленные спицами и вертикальными стойками, образуют в секции колонны стенку, формируя различные пространственные фигуры, которые по горизонтальным торцам ограничены горизонтальными сегментными перегородками, сопряженными по дуге с корпусом колонны. Между нижним торцом вышележащей стенки и верхним торцом нижележащей стенки размещается дополнительная перегородка, частично сопряженная с соответствующей горизонтальной сегментной перегородкой, играющая роль распределителя нисходящего потока жидкости в виде пластины с загнутым вверх в системах газ-жидкость (а) и в системах жидкость-жидкость с диспергированием в насадке жидкости высокой плотности (б) и вниз в системах с диспергированием в насадке жидкости высокой плотности (в) свободным торцом с образованием напорной планки. Дно пластины распределителя жидкости снабжено перфорированной частью, размещаемой по вертикальной проекции стенки, для систем (а) и (б) перфорированные части пластины разделены рядами отражателей параллельно ширине стенки, прикрепленных к дну под острым углом к пластине навстречу потоку газа или легкой жидкости, а сверху перфорированная часть пластин разделена на ряды параллельно длине стенки вертикальными подпорными пластинами, на которые опираются пакеты, с образованием зазора между элементами вышележащей стенки и перфорированной частью распределителя. Для системы (в) перфорированные части пластин разделены рядами пластин-отражателей параллельно ширине стенки, прикрепленных к дну под острым углом к пластине навстречу потоку жидкости высокой плотности, а снизу перфорированная часть пластин разделена на ряды параллельно длине стенки вертикальными подпорными пластинами, на которые опираются пакеты, с образованием зазора между элементами нижележащей стенки и перфорированной частью распределителя. Пространство между дополнительной пластиной и нижележащей и вышележащей стенками герметизируется нащельниками, препятствующими прохождению в стенку газа в системах газ-жидкость или сплошной фазы жидкости в системах жидкость-жидкость. Такая организация контактного устройства позволяет:

- за счет сборки необходимого числа пакетов в стенку в несколько рядов по ширине, высоте и длине достигается возможность перераспределения потоков жидкой фазы при перетоке ее из одного пакета в другой по высоте стенки и выравнивания локальных расходов жидкой фазы по пакетам, что увеличивает тепломассообменный коэффициент полезного действия контактного устройства при прочих равных условиях;

- напорная планка специального распределителя жидкой фазы, размещаемого между смежными стенками, позволяет обеспечивать необходимый уровень жидкости, компенсирующий разность давлений в выше- и нижележащих стенках контактных устройств, и одновременно формирует гидрозатвор распределителя;

- наличие специального распределителя жидкой фазы, размещаемого между смежными стенками, позволяет выровнять поток орошения нижележащей стенки по всему нормальному сечению насадки, поскольку помимо перфорированной части дно пластины распределителя жидкости снабжено рядами пластин-отражателей параллельно ширине стенки, прикрепленных к дну под острым углом к пластине навстречу потоку газа, при этом каждый ряд отверстий перфорированной части пластины распределителя имеет индивидуальный отражатель, благодаря которому капельно-струйное течение орошения сквозь перфорированную часть пластины распределителя преобразуется в пленочное, которое обеспечивает более равномерное орошение насадки в нижерасположенной стенке;

- горизонтальные сегментные перегородки, сопряженные по дуге с корпусом колонны, распределитель жидкой фазы и нащельники обеспечивают систему гидрозатворов, разграничивающих раздельное перемещение двух фаз - паровой и жидкой или жидкой и жидкой.

Целесообразно, чтобы идентичные контактные элементы представляли собой гофрированную проницаемую пластину с углом наклона гофра к горизонтали 45-60 градусов, что обеспечивает равномерный безразрывный сток жидкой фазы по поверхности гофрированной проницаемой пластины, причем по мере увеличения коэффициента вязкости жидкой фазы угол наклона гофра необходимо увеличивать. При этом гофрированные проницаемые пластины могут быть выполнены из экспанзированной пластины толщиной 0,3-0,5 мм с образованием ромбовидных ячеек-отверстий с размером ребра 4-12 мм и толщиной ребра 0,5-2,0 мм, что обеспечивает живое сечение гофрированной проницаемой пластины на уровне не менее 0,3.

Целесообразно также, чтобы гофры смежных гофрированных проницаемых пластин были смещены на 90 градусов и контактировали между собой вершинами гофров, образуя полости размером в 3-5 раз больше, чем ребро отверстий гофрированных проницаемых пластин, при этом между смежными гофрированными проницаемыми пластинами возникают каналы для прохождения газовой или второй жидкой фаз переменного сечения, что способствует турбулизации этих фаз и интенсификации тепломассообмена между этими фазами.

Полезно также, чтобы вертикальные стойки, используемые при скреплении пакетов из идентичных контактных элементов в общую стенку, имели форму швеллера, ребра которого касаются стенки и соприкасаются с напорной планкой распределителя с образованием канала для перетока жидкости, минуя перелива, через напорную планку, что позволяет перемещать, по крайней мере, часть излишка жидкой фазы, стекающей по внешней поверхности стенки вышележащего контактного устройства на нижележащее контактное устройство.

Необходимо, чтобы высота напорной планки в миллиметрах была больше потери напора газа в системах газ-жидкость или жидкости низкой плотности в системах жидкость-жидкость, проходящих через стенку перпендикулярно потоку стекающей вниз жидкости высокой плотности, или потери напора жидкости высокой плотности в системах жидкость-жидкость, проходящей через стенку перпендикулярно потоку всплывающей вверх жидкости низкой плотности в системах жидкость-жидкость, выраженной в миллиметрах столба, соответственно, жидкости высокой или низкой плотности для гарантии преодоления разности давлений между вышележащей и нижележащей стенками, что обеспечивает работу распределителя жидкой фазы.

Целесообразно, чтобы величина острого угла рядов отражателей к пластине навстречу потоку газа в системах газ-жидкость или жидкости низкой плотности в системах жидкость-жидкость определялась коэффициентами вязкости и поверхностного натяжения нисходящего потока жидкости и условием перехода нисходящей жидкости в системах газ-жидкость или всплывающей вверх жидкости низкой плотности в системах жидкость-жидкость из режима капельного течения через отверстия перфорированной части пластины распределителя жидкости в режим пленочного течения жидкости по пластине-отражателю с образованием равномерного истечения жидкости по всей длине нижней кромки пластины-отражателя, что обеспечивает достаточно равномерное орошение контактных элементов нижележащей стенки по ширине стенки.

Целесообразно также, чтобы высота, ширина и длина пакета имели соотношение 1:(1÷2):(2÷10), что позволяет компоновать стенку контактного устройства независимо от размеров массообменной перекрестноточной насадочной колонны из одного или двух стандартных типоразмеров пакетов, что существенно удешевляет проектирование и изготовление массообменной перекрестноточной насадочной колонны.

Конструктивная гибкость массообменной перекрестноточной насадочной колонны обеспечивается тем, что стенка, собранная из пакетов, может иметь в нормальном сечении прямоугольную, треугольную, Т-образную, квадратную конфигурации в соответствии с оптимизацией потоков контактирующих фаз в конкретных технологических процессах.

Эффективность тепломассопереноса в секционированных перекрестноточных насадочных колоннах в системах газ-жидкость и жидкость-жидкость гарантируется тем, что свободное сечение стенки, формируемое пространством между гофрами смежных гофрированных проницаемых пластин и свободным пространством самих гофрированных проницаемых пластин, составляет не менее 80%. Этой же цели служит и то, что собранные друг на друге в несколько рядов пакеты из идентичных контактных элементов образуют в секции колонны стенку со смещением одного ряда пакетов относительно другого ряда по высоте, по ширине и по длине стенки, поскольку при этом жидкая фаза из вышележащего пакета идентичных контактных элементов перетекает в два нижележащих пакета, что приводит к выравниванию концентрации компонентов жидкой фазы в нормальном сечении стенки в целом, при этом смещение одного ряда пакетов относительно другого ряда может составлять 0,1-0,5 высоты пакета в зависимости от соотношения размеров пакетов, формирующих стенку.

Целесообразно, чтобы идентичные контактные элементы фиксировались между собой в пакете при помощи точечной электросварки или сшивались спицами с заглушенными торцами для обеспечения механической прочности пакета в ходе его изготовления, транспортировки, монтажа насадочной перекрестноточной колонны и в ходе ее эксплуатации, при этом монтаж массообменной стенки выполняется из пакетов насадки непосредственно в секции колонны.

Заявляемое изобретение поясняется чертежами, где на фигурах 1-5 представлены конструкции контактного устройства для проведения тепломассообмена и раздела фаз в секционированных перекрестноточных насадочных колоннах в системах газ-жидкость и жидкость-жидкость и отдельные ее элементы со следующими обозначениями:

1 - корпус колонны;

2 - контактное устройство в виде стенки;

3 - напорная планка;

4 - вертикальные подпорные пластины;

5 - перфорированная часть пластины распределителя жидкости;

6 - пластины-отражатели;

7 - горизонтальная сегментная перегородка;

8 - нащельник;

9 - вертикальные стойки;

10 - спицы;

11 - пакеты из идентичных контактных элементов.

Контактное устройство для тепломассообмена в секционированных перекрестноточных насадочных колоннах работает следующим образом. Газ, поступая в корпус колонны 1, перемещается вверх. Равномерно распределяясь, газ входит в контактное устройство по горизонтали, где и происходит контакт с жидкостью. Поток жидкости из контактного устройства равномерно стекает по поверхности гофрированной проницаемой пластины распределителя жидкости 5 вниз, перемещаясь из одного пакета в другой. Пакеты, состоящие из идентичных контактных элементов 11, формируют стенку. При этом перемещение паровой и жидкой фаз происходит раздельно, так как предусмотрены горизонтальные сегментные перегородки 7.

На фигуре 1 представлен фрагмент секционной перекрестноточной насадочной колонны для разделения системы газ-жидкость или жидкость-жидкость, на котором одинарными стрелками показан ход газа для системы газ-жидкость или жидкости низкой плотности для системы жидкость-жидкость, а двойными стрелками - ход жидкости для системы газ-жидкость или жидкости высокой плотности для системы жидкость-жидкость. Легкая фаза, например, газ, поступая в корпус колонны 1, проходит через контактное устройство в виде стенки 2, состоящей из пакетов из идентичных контактных элементов, представляющих собой набор гофрированных перфорированных пластин, по которым стекает жидкая фаза. Из пакета, состоящего из идентичных контактных элементов, жидкость стекает в распределитель, представляющий собой перфорированную часть пластины и напорную планку 3, обеспечивающую создание на распределителе слоя жидкой фазы такой высоты, что позволяет преодолеть гидравлическое сопротивление жидкой фазы при прохождении через распределитель и перепад давления между смежными вышележащей и нижележащей стенками. Над перфорированной частью пластины распределителя жидкости 5 установлены вертикальные подпорные пластины 4, на которые устанавливаются вышележащие стенки 2. Под перфорированной частью пластины распределителя жидкости 5 установлены пластины-отражатели 6 для равномерного распределения жидкости по контактному устройству нижележащей стенки. Горизонтальные сегментные перегородки 7 разделяют пространство корпуса колонны 1 таким образом, что в корпусе колонны 1 формируются секции с перекрестноточным потоком газовой фазы через соответствующее контактное устройство в виде стенки 2. Для герметизации пространства контактного устройства в виде стенки 2 в зоне подачи жидкой фазы используются нащельники 8. Пакеты из идентичных контактных элементов фиксируются в контактное устройство в виде стенки 2 при помощи вертикальных стоек 9 и спиц 10.

На фигуре 2 представлен фрагмент секционированной перекрестноточной насадочной колонны для разделения системы жидкость-жидкость, на которой одинарными стрелками показан ход жидкости низкой плотности, а двойными стрелками - ход жидкости высокой плотности. В отличие от фигуры 1, вертикальные подпорные пластины 4 располагаются под перфорированной частью пластины распределителя жидкости 4, представляющей собой жидкость низкой плотности, пластины-отражатели 6 располагаются над перфорированной частью пластины распределителя, а напорная планка 3 обращена вниз по отношению к поднимающемуся потоку жидкости низкой плотности.

На фигуре 3 представлен сбор контактных устройств в виде стенки 2 из стандартных пакетов, в котором они расположены параллельно друг другу, при этом собранные друг на друге в один или несколько рядов пакеты из идентичных контактных элементов 11 скреплены спицами и вертикальными стойками. Представленный вариант стенки состоит из трех рядов пакетов, состоящих из идентичных по высоте и ширине контактных элементов 11.

На фигуре 4 представлено в сборке, например, для системы газ-жидкость распределительное устройство, размещаемое между смежными контактными устройствами в виде стенок, которое состоит из напорной планки 3, перфорированной части пластины распределителя жидкости 5, горизонтальной сегментной перегородки 7 и пластин-отражателей 6, прикрепленных к дну перфорированной части пластины распределителя жидкости 5 под острым углом, обеспечивающих равномерное орошение контактных элементов нижележащей стенки по ширине стенки. Перфорированная часть пластины распределителя жидкости 5 имеет отверстия для равномерного распределения стекающей жидкой фазы на нижерасположенную стенку. Сверху перфорированная часть пластины распределителя жидкости 5 разделена на ряды параллельно длине стенки вертикальными подпорными пластинами 4, на которые опираются пакеты, с образованием зазора между элементами вышележащей стенки и перфорированной частью пластины распределителя жидкости 5 (вертикальные подпорные пластины 4 на фигуре 4 изображены пунктиром).

На фигуре 5 изображены варианты контактных устройств в виде стенок 2, собранных из пакетов, имеющие в нормальном сечении прямоугольную (а), треугольную (б), Т-образную (в), квадратную (г) конфигурации.

Таким образом, заявляемое контактное устройство для проведения тепломассообмена и раздела фаз в секционированных перекрестноточных насадочных колоннах в системах газ-жидкость и жидкость-жидкость позволяет сформировать развитую поверхность раздела фаз одновременно с их локальным перемешиванием на ребрах ромбовидных отверстий в насадке и одновременно обеспечить независимость проходных сечений потоков газовой и жидкой фаз, что позволяет увеличить тепломассообменный коэффициент полезного действия контактного устройства и оптимизировать размеры контактного устройства, а также позволяет повысить производительность массообменного аппарата при замене существующих контактных устройств на заявляемые, что приведет к уменьшению себестоимости продуктов разделения в колонне.

Изобретение относится к насадочным контактным устройствам, применяемым в тепломассообменных колонных аппаратах. Контактное устройство для проведения тепломассообмена и раздела фаз в секционированных перекрестноточных насадочных колоннах в системах газ-жидкость и жидкость-жидкость включает совокупность идентичных контактных элементов, собранных друг на друге в один или несколько рядов в пакеты, которые скреплены спицами и вертикальными стойками с образованием в секции колонны стенок, которые по горизонтальным торцам ограничены горизонтальными сегментными перегородками, сопряженными по дуге с корпусом колонны, при этом между стенками расположены распределители жидкости, имеющие перфорированную часть, дополнительную перегородку, пластины-отражатели и вертикальные подпорные пластины. Пространство между дополнительной пластиной и нижележащей и вышележащей стенками герметизируется нащельниками. Изобретение обеспечивает интенсификацию тепломассообмена и упрощение монтажа контактного устройства. 13 з.п. ф-лы, 5 ил.

1. Контактное устройство для проведения тепломассообмена и раздела фаз в секционированных перекрестноточных насадочных колоннах в системах газ-жидкость и жидкость-жидкость, включающее совокупность идентичных контактных элементов, собранных в пакет, расположенных параллельно друг другу, отличающееся тем, что собранные друг на друге в один или несколько рядов пакеты из идентичных контактных элементов скреплены спицами и вертикальными стойками, образуют в секции колонны стенку, формируя различные пространственные фигуры, которые по горизонтальным торцам ограничены горизонтальными сегментными перегородками, сопряженными по дуге с корпусом колонны, между нижним торцом вышележащей стенки и верхним торцом нижележащей стенки размещают дополнительную перегородку, частично сопряженную с соответствующей горизонтальной сегментной перегородкой, играющую роль распределителя нисходящего потока жидкости в виде пластины с загнутым вверх в системах газ-жидкость (а) и в системах жидкость-жидкость с диспергированием в насадке жидкости с высокой плотностью (б) и вниз в системах с диспергированием в насадке жидкости с высокой плотностью (в) свободным торцом с образованием напорной планки, дно пластины распределителя жидкости снабжено перфорированной частью, размещаемой по вертикальной проекции стенки, для систем (а) и (б) перфорированные части пластин разделены рядами отражателей параллельно ширине стенки, прикрепленных к дну под острым углом к пластине навстречу потоку газа или жидкости низкой плотности, а сверху перфорированная часть пластины разделена на ряды параллельно длине стенки вертикальными подпорными пластинами, на которые опираются пакеты, с образованием зазора между элементами вышележащей стенки и перфорированной частью пластины распределителя, для системы (в) перфорированные части пластин разделены рядами пластин-отражателей параллельно ширине стенки, прикрепленных к дну под острым углом к пластине навстречу потоку жидкости высокой плотности, а снизу перфорированная часть пластин разделена на ряды параллельно длине стенки вертикальными подпорными пластинами, на которые опираются пакеты, с образованием зазора между элементами нижележащей стенки и перфорированной частью распределителя, пространство между дополнительной пластиной и нижележащей и вышележащей стенками герметизируется нащельниками, препятствующими прохождению в стенку газа в системах газ-жидкость или сплошной фазы жидкости в системах жидкость-жидкость.

2. Контактное устройство для проведения тепломассообмена и раздела фаз в секционированных перекрестноточных насадочных колоннах в системах газ-жидкость и жидкость-жидкость по п. 1, отличающееся тем, что идентичные контактные элементы представляют собой гофрированную проницаемую пластину с углом наклона гофра к горизонтали 45-60 градусов.

3. Контактное устройство для проведения тепломассообмена и раздела фаз в секционированных перекрестноточных насадочных колоннах в системах газ-жидкость и жидкость-жидкость по п. 2, отличающееся тем, что гофрированные проницаемые пластины выполняют из экспанзированной пластины толщиной 0,3-0,5 мм с образованием отверстий с размером ребра 4-12 мм и толщиной ребра 0,5-2,0 мм.

4. Контактное устройство для проведения тепломассообмена и раздела фаз в секционированных перекрестноточных насадочных колоннах в системах газ-жидкость и жидкость-жидкость по п. 3, отличающееся тем, что гофры смежных гофрированных проницаемых пластин смещены на 90 градусов и контактируют между собой вершинами гофров, образуя полости размером в 3-5 раз большим, чем ребро отверстий гофрированных проницаемых пластин.

5. Контактное устройство для проведения тепломассообмена и раздела фаз в секционированных перекрестноточных насадочных колоннах в системах газ-жидкость и жидкость-жидкость по п. 1, отличающееся тем, что вертикальные стойки имеют форму швеллера, ребра которого касаются стенки и соприкасаются с напорной сливной планкой распределителя с образованием канала для перетока жидкости, минуя перелив через напорную планку.

6. Контактное устройство для проведения тепломассообмена и раздела фаз в секционированных перекрестноточных насадочных колоннах в системах газ-жидкость и жидкость-жидкость по п. 1, отличающееся тем, что высота напорной планки в миллиметрах больше потери напора газа в системах газ-жидкость или жидкости низкой плотности в системах жидкость-жидкость, проходящих через стенку перпендикулярно потоку стекающей вниз жидкости высокой плотности, или потери напора жидкости высокой плотности в системах жидкость-жидкость, проходящей через стенку перпендикулярно потоку всплывающей вверх жидкости низкой плотности в системах жидкость-жидкость, выраженной в миллиметрах столба соответственно жидкости высокой или низкой плотности.

7. Контактное устройство для проведения тепломассообмена и раздела фаз в секционированных перекрестноточных насадочных колоннах в системах газ-жидкость и жидкость-жидкость по п. 1, отличающееся тем, что величину острого угла рядов отражателей к пластине навстречу потоку газа в системах газ-жидкость или жидкости низкой плотности в системах жидкость-жидкость определяют коэффициентами вязкости и поверхностного натяжения нисходящего потока жидкости и условием перехода нисходящей жидкости в системах газ-жидкость или всплывающей вверх жидкости низкой плотности в системах жидкость-жидкость из режима капельного течения через отверстия перфорированной части пластины распределителя жидкости в режим пленочного течения жидкости по пластине-отражателю с образованием равномерного истечения жидкости по всей длине нижней кромки пластины-отражателя.

8. Контактное устройство для проведения тепломассообмена и раздела фаз в секционированных перекрестноточных насадочных колоннах в системах газ-жидкость и жидкость-жидкость по п. 1, отличающееся тем, что высота, ширина и длина пакета имеют соотношение 1:(1÷2):(2÷10).

9. Контактное устройство для проведения тепломассообмена и раздела фаз в секционированных перекрестноточных насадочных колоннах в системах газ-жидкость и жидкость-жидкость по п. 1, отличающееся тем, что стенка, собранная из пакетов, в нормальном сечении представляет прямоугольную, треугольную, Т-образную, квадратную конфигурации.

10. Контактное устройство для проведения тепломассообмена и раздела фаз в секционированных перекрестноточных насадочных колоннах в системах газ-жидкость и жидкость-жидкость по п. 1, отличающееся тем, что свободное сечение стенки составляет не менее 80%.

11. Контактное устройство для проведения тепломассообмена и раздела фаз в секционированных перекрестноточных насадочных колоннах в системах газ-жидкость и жидкость-жидкость по п. 1, отличающееся тем, что собранные друг на друге в несколько рядов пакеты из идентичных контактных элементов образуют в секции колонны стенку со смещением одного ряда пакетов относительно другого ряда по высоте, по ширине и по длине стенки.

12. Контактное устройство для проведения тепломассообмена и раздела фаз в секционированных перекрестноточных насадочных колоннах в системах газ-жидкость и жидкость-жидкость по п. 11, отличающееся тем, что смещение одного ряда пакетов относительно другого ряда составляет 0,1-0,5 высоты пакета.

13. Контактное устройство для проведения тепломассообмена и раздела фаз в секционированных перекрестноточных насадочных колоннах в системах газ-жидкость и жидкость-жидкость по п. 1, отличающееся тем, что идентичные контактные элементы фиксируют между собой в пакете при помощи точечной электросварки или сшивают спицами с заглушенными торцами.

14. Контактное устройство для проведения тепломассообмена и раздела фаз в секционированных перекрестноточных насадочных колоннах в системах газ-жидкость и жидкость-жидкость по п. 1, отличающееся тем, что монтаж стенки выполняют из пакетов насадки непосредственно в секции колонны.