РАСПРЕДЕЛИТЕЛЬ ЖИДКОСТИ ДЛЯ РАЗДЕЛИТЕЛЬНОГО УСТРОЙСТВА, СОДЕРЖАЩИЙ ЭКРАН, ВЫПОЛНЕННЫЙ ИЗ УГЛЕРОДНОГО КОМПОЗИЦИОННОГО МАТЕРИАЛА Российский патент 2021 года по МПК B01D3/32 B01D53/18 B01J19/32 

Настоящее изобретение относится к распределителю жидкости для разделительного устройства, например, для массообменной колонны, и, в частности, для насадочной колонны для абсорбции, десорбции, очистки или дистилляции, к соответствующей колонне для массообмена, включающей в себя такой распределитель жидкости, а также к применению такого разделительного устройства и колонны.

Массообменные колонны используют для интенсивного контакта газ-жидкость или жидкость-жидкость в самых разнообразных процессах, таких как, в частности, абсорбция, десорбция, очистка, дистилляция, экстракция и тому подобное. Например, дистилляционные колонны выполнены с возможностью отделения конкретного вещества от жидкой смеси, содержащей два или более веществ, путем селективного испарения и конденсации. Для этой цели дистилляционные колонны содержат бойлер в нижней части и конденсатор в верхней части, так что во время работы пар поднимается вверх, а жидкость опускается вниз, таким образом, чтобы обеспечивать газожидкостный контакт для осуществления массообмена между обеими фазами. Вещество с более высокой температурой кипения концентрируется в жидкой фазе, тогда как вещество с более низкой температурой кипения концентрируется в газообразной фазе. Для достижения интенсивного газожидкостного контакта такие колонны обычно заполнены внутренним элементом для оптимизации массообмена газ-жидкость. Примерами такого внутреннего элемента являются тарелки и насадки, например, неупорядоченные насадки и структурированные насадки, такие как, в частности, насадка с поперечной канальной структурой. Основным требованием для оптимального массопереноса между обеими фазами является равномерное распределение жидкости по поперечному сечению тарелки или насадки, соответственно. Кроме того, важно, в частности, для насадочных колонн, т.е. колонн, содержащих неупорядоченные или структурированные насадки, чтобы жидкость текла по поверхности насадки в виде тонкой пленки таким образом, чтобы максимизировать площадь контакта и время контакта между жидкой фазой и газообразной фазой. Для обеих вышеупомянутых целей обычно распределители жидкости обеспечены в верхней части насадки или каждого из слоев насадки, соответственно.

Такие распределители жидкости доступны в нескольких основных конструкциях. Одна из этих основных конструкций представляет собой распределитель жидкости, содержащий один или более распределительных элементов, например, в виде желобов, для сбора в них жидкости, в котором каждый из желобов содержит два или более, а именно, как правило, множество выпускных отверстий в стенке желоба, причем выпускные отверстия расположены в стенке желоба таким образом, что они находятся ниже уровня жидкости, который регулируют внутри желоба во время работы распределителя жидкости. Таким образом, во время работы жидкость, собираемая в желобе, вытекает через выпускные отверстия в виде струй. Для образования тонкой пленки жидкости перед (или впереди соответственно) выпускными отверстиями расположены один или более экранов в виде специально сформованных направляющих стенок, в которые струи жидкости ударяются под определенным углом соударения таким образом, чтобы избегать по меньшей мере существенно образования брызг мелких капель жидкости в месте воздействия на экран. Как правило, угол соударения жидкости с экраном должен быть небольшим во избежание такого разбрызгивания. Пленка жидкости, которая образуется на поверхности экрана, стекает по поверхности экрана к его нижнему концу, образующему капельный край, с которого жидкость падает вниз в виде капель жидкости на поверхность насадки или слоя насадки, соответственно, которая расположена близко под капельным краем экрана.

Поскольку эти экраны во время работы находятся в постоянном контакте с жидкостью, они должны быть изготовлены из материала с высокой химической стойкостью и, в частности, с высокой коррозионной стойкостью, если используются в коррозионно-активной среде, а также с высокой механической прочностью, например, достаточно высокой жесткостью. По этим причинам такие экраны обычно изготавливают из металла, такого как, в частности, титан, тантал или диоксид циркония. Однако из-за их высокой плотности и цены экраны, выполненные из таких материалов, являются сравнительно тяжелыми и дорогими. Кроме того, смачиваемость этих материалов не является очень хорошей, так что на экранах, выполненных из таких материалов, трудно, если не невозможно, образовать широкую и гладкую пленку жидкости. Образование однородной и тонкой пленки жидкости является особенно трудным в случае низкого содержания жидкой фазы в колонне, например, менее 5 м³/м²⋅ч. Однако образование широкой и гладкой пленки жидкости было бы предпочтительно, поскольку чем лучше экран покрыт жидкостью, тем лучше будет распределение жидкости по насадке, расположенной под распределителем жидкости. Даже если известно, что смачиваемость таких экранов может быть улучшена путем покрытия металлических экранов сетками, это приводит к увеличению затрат, поскольку такие сетки обычно, если они вообще имеются, являются очень дорогими. Кроме того, экраны, выполненные из металла, не могут быть легко и недорого сформованы в сложные формы, например, посредством изгибания или складывания металлов или путем сборки и соединения металлических частей друг с другом. Однако сложные формы необходимы для оптимизации конструкции экрана для получения оптимизированной формы/геометрии и, таким образом, оптимизации его желаемой функции.

Ввиду этого, задачей настоящего изобретения является создание распределителя жидкости для массообменной колонны, в частности, для насадочной колонны такого типа, которая содержит один или более распределительных элементов, каждый из которых содержит множество выпускных отверстий, и дополнительно содержит по меньшей мере один экран, расположенный перед выпускными отверстиями, причем распределитель жидкости и, в частности, экран имеют отличную химическую стойкость, в частности, отличную коррозионную стойкость, отличную механическую прочность, например, в частности, высокую жесткость, а также улучшенную смачиваемость, причем экран является сравнительно легким и экономичным. Кроме того, экран должен быть выполнен из материала, который позволяет легко и недорого придать экрану сложную форму.

Данная задача настоящего изобретения выполнена посредством обеспечения распределителя жидкости для разделительного устройства, такого как массообменная колонна, в частности для насадочной колонны для абсорбции, десорбции, очистки или дистилляции, причем распределитель жидкости содержит по меньшей мере один распределительный элемент, имеющий два или более выпускных отверстий для выпуска жидкости в виде струй, и дополнительно содержит по меньшей мере один экран, расположенный перед выпускными отверстиями, так что струи жидкости, выходящие через выпускные отверстия распределительного элемента, ударяются о поверхность по меньшей мере одного экрана и деформируются на ней в тонкие пленки текущей жидкости, причем по меньшей мере один из по меньшей мере одного экрана выполнен по меньшей мере частично из углеродного композитного материала.

Углеродный композитный материал в смысле настоящего изобретения обозначает материал, выполненный из двух или более составляющих материалов, причем один из составляющих материалов представляет собой матрицу из пластика или углерода, соответственно, в которой диспергирован остальной составляющий материал(-ы). Таким образом, известными примерами являются армированный волокном пластик и армированный волокном углерод, которые содержат волокна, встроенные в углеродную или пластиковую матрицу, соответственно, такие как армированный углеродным волокном пластик и армированный углеродным волокном углерод, которые содержат углеродные волокна, встроенные в углеродную или пластиковую матрицу, соответственно.

Кроме того, экран в смысле настоящего изобретения обозначает любой элемент, который подходит для выполнения, например, в распределителе жидкости массообменной колонны функции деформирования струй жидкости, ударяющихся о его поверхность, в тонкие пленки текущей вниз жидкости и функции распределения жидкости пленок жидкости к массообменному элементу, такому как насадка, которая расположена под распределителем жидкости. Такие экраны иногда называют в технической области юбками, сливными элементами, сетками или решетками.

Это решение основано на неожиданном открытии того факта, что при изготовлении экрана распределителя жидкости из углеродного композитного материала, такого как, в частности, армированный углеродным волокном углерод, смачиваемость поверхности экрана значительно повышается. Не привязываясь к какой-либо теории, считается, что это связано с химической природой углеродной поверхности в сочетании с пористостью углеродной поверхности углеродных композитных материалов. Эта отличная смачиваемость поверхности экрана приводит к тому, что жидкость, сталкивающаяся с поверхностью экрана, образует широкую и гладкую пленку жидкости на поверхности экрана, обеспечивающую равномерное распределение жидкости по насадке, расположенной в массообменной колонне под распределителем жидкости. Кроме того, экран, выполненный из такого материала, обладает отличной химической стойкостью и отличной механической прочностью и, в частности, отличной коррозионной стойкостью и отличной жесткостью. Кроме того, углеродные композитные материалы имеют значительно меньшую плотность и являются более дешевыми, чем металлы, такие как титан, тантал или диоксид циркония, так что распределитель жидкости в соответствии с настоящим изобретением также является сравнительно легким и экономичным. Другим преимуществом является то, что в сравнении с изгибанием или складыванием металлов или сборкой и соединением металлических деталей друг с другом можно легче и дешевле придать углеродному композитному материалу сложные формы по сравнению с металлом. В свою очередь, сложные формы обеспечивают возможность оптимизации конструкции экрана для получения оптимизированной формы/геометрии и, таким образом, оптимизации его желаемой функции. Благодаря всем этим свойствам распределитель жидкости, предложенный в соответствии с настоящим изобретением, вполне подходит для применения в массообменной колонне и, в частности, в насадочной колонне такого типа, которая содержит один или более распределительных элементов, содержащих множество выпускных отверстий, и дополнительно содержит по меньшей мере один экран, который расположен перед выпускными отверстиями.

Углеродный композитный материал, из которого по меньшей мере частично выполнен по меньшей мере один экран распределителя жидкости, предложенного в соответствии с настоящим изобретением, может представлять собой армированный волокном пластик. Армированный волокном пластик означает в смысле настоящей заявки любой композитный материал, в котором волокна встроены в матрицу из пластика, такой как в настоящем случае предпочтительно пластик на основе фенолоальдегидной смолы.

Особенно хорошие результаты в отношении механических свойств и, в частности, в отношении жесткости достигаются, когда углеродный композитный материал, из которого по меньшей мере частично выполнен по меньшей мере один экран распределителя жидкости, предложенного в соответствии с настоящим изобретением, представляет собой армированный волокном углерод. В частности, в отношении смачиваемости армированный волокном углерод показывает значительно лучшие результаты, чем армированный волокном пластик. Армированный волокном углерод означает в смысле настоящей заявки любой композитный материал, в котором волокна встроены в матрицу из углерода или графита, соответственно.

В целом, настоящее изобретение не ограничено в части химической природы волокна армированного волокном углерода или армированного волокном пластика. Примерами являются, например, стеклянные волокна, углеродные волокна, органические волокна, керамические волокна, волокна с металлическим покрытием, металлические волокна и их комбинации. Волокна могут быть включены в армированный волокном углерод или армированный волокном пластик в виде текстильного материала, такого как тканый материал, и особенно предпочтительно в виде однонаправленной ткани, изготовленной из нескольких пучков углеродного волокна.

Однако, особенно хороших результатов в отношении смачиваемости и в отношении механических свойств достигают, когда углеродный композитный материал, из которого по меньшей мере частично выполнен по меньшей мере один экран распределителя жидкости, предложенного в соответствии с настоящим изобретением, представляет собой армированный углеродным волокном углерод.

В соответствии с конкретным предпочтительным вариантом осуществления настоящего изобретения по меньшей мере один экран распределителя жидкости состоит, т.е. полностью изготовлен, из углеродного композитного материала и более предпочтительно из углерода, армированного углеродным волокном. Таким образом, полезные эффекты настоящего изобретения, а именно, в частности, улучшение смачиваемости поверхности экрана, механических свойств, а также химической и коррозионной стойкости экрана получены в высокой степени.

По тем же причинам предпочтительно, чтобы в случае, если распределитель жидкости содержит более одного экрана, каждый экран распределителя жидкости был выполнен по меньшей мере частично, а более предпочтительно полностью из углеродного композитного материала. Наиболее предпочтительно каждый экран распределителя жидкости состоит из углерода, армированного углеродным волокном.

Любой из по меньшей мере одного экрана может быть плотным или по меньшей мере частично пористым твердым телом. При необходимости любой из по меньшей мере одного экрана может иметь одну или более поверхностных структур, таких как каналы или тому подобное.

Для регулирования смачиваемости поверхности экрана в требуемом диапазоне дополнительно предлагается в дополнительном варианте осуществления настоящего изобретения, чтобы углеродный композитный материал экрана(-ов) распределителя жидкости имел пористость от 5 до 30%.

В принципе, распределитель жидкости, предложенный в соответствии с настоящим изобретением, может иметь любую конструкцию при условии, что он содержит по меньшей мере один распределительный элемент, имеющий два или более выпускных отверстий для выпуска жидкости в виде струй, причем распределитель жидкости дополнительно содержит по меньшей мере один экран, выполненный из вышеупомянутого композитного материала, который расположен перед выпускными отверстиями, так что струи жидкости, выходящие через выпускные отверстия распределительного элемента, ударяются о поверхность по меньшей мере одного экрана и деформируются на ней в тонкие пленки текущей жидкости. В частности, распределитель жидкости в соответствии с настоящим изобретением может быть спроектирован для насадочной колонны, т.е. для колонны, которая содержит одну или более насадок, таких как структурированные насадки или неупорядоченные насадки, причем по меньшей мере один распределительный элемент является по меньшей мере по существу трубчатым или по меньшей мере по существу желобообразным, и по меньшей мере один экран расположен так, что защищает выпускные отверстия от потока газа, проходящего вверх по колонне.

Как правило, настоящее изобретение не ограничено в отношении ориентации выпускных отверстий к экрану при условии, что она обеспечивает то, что во время работы распределителя жидкости струи жидкости, выходящие через выпускные отверстия распределительного элемента, ударяются о поверхность по меньшей мере одного экрана и деформируются на ней в тонкие пленки текущей жидкости. Особенно подходящей является конструкция, в которой по меньшей мере один экран расположен перед выпускными отверстиями, так что в случае максимального истечения струи жидкости, выходящие через выпускные отверстия распределительного элемента, ударяются о поверхность по меньшей мере одного экрана под углами менее 60°, предпочтительно менее 30° и более предпочтительно менее 10°, причем этот угол равен углу между направлением струи жидкости, выходящей через выпускные отверстия, и касательной в точке поверхности экрана, куда ударяет струя жидкости. Это обеспечивает образование однородной тонкой пленки жидкости на поверхности экрана без какого-либо образования или по меньшей мере по существу без образования брызг мелких капель жидкости в месте удара об экран.

Для обеспечения возможности прохождения пленки жидкости, образованной на экране(-ах) распределителя жидкости, вниз таким образом, чтобы равномерно распределяться по поперечному сечению детали под распределителем жидкости, которая после ее установки в насадочную колонну будет являться насадкой, дополнительно предлагается в соответствии еще с одним предпочтительным вариантом осуществления настоящего изобретения, чтобы нижний конец экрана(-ов) распределителя жидкости был выполнен в виде капельного края. Для этой цели предпочтительно, чтобы по меньшей мере один из по меньшей мере одного экрана и еще более предпочтительно, чтобы каждый из по меньшей мере одного экрана имел форму сигмоидальной кривой, если смотреть в вертикальном направлении, а также в сечении, параллельном струе. Еще более предпочтительно, чтобы сигмоидальная кривая была изогнута вниз, так чтобы капельный край был образован в самой нижней точке экрана. При необходимости нижний капельный край может быть зазубренным или волнообразным, так что жидкости с большими силами сцепления, такие как вода, могут скапливаться на кончиках волнообразных или зазубренных кромок капельного края, а затем капать с них.

Однако следует отметить, что настоящее изобретение не требует, чтобы нижний конец по меньшей мере одного экрана был сформирован в виде капельного края. Это связано с тем, что экран(-ы), используемый в настоящем изобретении, вследствие того факта, что он изготовлен из углеродного композитного материала, который обладает отличной смачиваемостью, действует так, что струи жидкости, падающие на него, растекаются и остаются в форме параболы таким образом, что жидкость стекает по поверхности экрана в виде широкой пленки, так что широкая пленка жидкости равномерно распределяется по поперечному сечению лотка или насадки, соответственно, расположенных под распределителем жидкости. В отличие от этого, струи жидкости, падающие на обычные экраны, выполненные из металла, как правило растекаются, а затем заново сливаются или соединяются с образованием узкого потока жидкости.

Более того, предпочтительно, чтобы экран имел в основном постоянную кривизну в области, в которой струи жидкости ударяются о поверхность по меньшей мере одного экрана, чтобы обеспечить возможность образования конкретной однородной тонкой пленки жидкости на поверхности экрана.

Кроме того, для обеспечения образования конкретной однородной тонкой пленки жидкости на поверхности экрана предпочтительно, чтобы по меньшей мере один экран был расположен перед выпускными отверстиями таким образом, что струи жидкости, выходящие через выпускные отверстия распределительного элемента, ударяются о поверхность по меньшей мере одного экрана по существу по касательной.

В принципе, распределительный элемент распределителя жидкости может быть выполнен из любого материала, например, из металла, такого как титан, тантал или диоксид циркония, или из пластика. Однако с точки зрения экономической эффективности, снижения веса, отличной химической и коррозионной стойкости, а также механической прочности предлагается в соответствии еще с одним предпочтительным вариантом осуществления настоящего изобретения, чтобы распределительный элемент распределителя жидкости также был выполнен из углеродного композитного материала, предпочтительно из армированного волокном углерода, и наиболее предпочтительно из армированного углеродным волокном углерода.

Еще одним аспектом настоящего изобретения является колонна для массообмена, в частности для абсорбции, десорбции, очистки или дистилляции, содержащая по меньшей мере одну насадку и по меньшей мере один вышеописанный распределитель жидкости.

Для такой насадочной колонны предпочтительно, чтобы по меньшей мере один распределительный элемент был трубчатым или желобообразным, и по меньшей мере один экран расположен так, чтобы защищать выпускные отверстия от потока газа, проходящего вверх через колонну. Это предпочтительно достигается с помощью сигмоидально изогнутого экрана, в котором сигмоидальная кривая изогнута вниз, и предпочтительно сигмоидальная кривая имеет в основном постоянную кривизну в области, в которой струи жидкости ударяются о поверхность по меньшей мере одного экрана.

В предпочтительном варианте осуществления изобретения колонна содержит два или более параллельных распределительных элементов, причем каждый из одного или более экранов имеет капельные края, и распределительные элементы расположены таким образом, что разделяют поток газа, проходящий вверх по колонне, на множество частичных потоков, так что под распределительными элементами образуются застойные зоны, при этом капельные края экранов расположены внутри застойных зон.

Согласно дополнительному аспекту настоящее изобретение относится к экрану для распределителя жидкости для разделительного устройства, такого как массообменная колонна, в частности для насадочной колонны для абсорбции, десорбции, очистки или дистилляции, причем экран спроектирован таким образом, что когда он установлен в распределителе жидкости, дополнительно содержащем по меньшей мере один распределительный элемент, имеющий два или более выпускных отверстий для выпуска жидкости в виде струй, и расположен перед выпускными отверстиями, струи жидкости, выходящие через выпускные отверстия распределительного элемента, ударяются о поверхность экрана и деформируются на ней в тонкие пленки текущей жидкости, причем экран выполнен по меньшей мере частично из углеродного композитного материала.

Согласно дополнительному аспекту настоящее изобретение относится к применению вышеописанного распределителя жидкости или вышеописанной колонны для осуществления процесса разделения, такого как абсорбция, десорбция, очистка или дистилляция.

Вследствие отличной коррозионной стойкости углеродного композитного материала, такого как армированный волокном пластик и, в частности, армированный углеродным волокном углерод, применение в соответствии с настоящим изобретением особенно подходит для вариантов применения, в которых задействованы коррозионные компоненты.

Кроме того, вследствие отличной смачиваемости поверхностей экранов, выполненных из углеродного композитного материала, такого как армированный волокном углерод и, в частности, армированный углеродным волокном углерод, применение в соответствии с настоящим изобретением особенно подходит для осуществления процесса разделения со сравнительно низким содержанием жидкой фазы, например, для осуществления процесса разделения с плотностью орошения жидкости менее 20 м³/м²⋅ч, предпочтительно менее 10 м³/м²⋅ч, более предпочтительно менее 14 м³/м²⋅ч и наиболее предпочтительно менее 5 м³/м²⋅ч. Плотность орошения выражается в объемном расходе жидкости по отношению к поперечному сечению колонны.

Далее настоящая патентная заявка описана в качестве примера со ссылкой на предпочтительные варианты осуществления изобретения и прилагаемые чертежи.

На которых:

ФИГ. 1 схематически изображает вид в продольном разрезе массообменной колонны, содержащей насадку и распределитель жидкости в соответствии с одним вариантом осуществления настоящего изобретения.

ФИГ. 2 схематически изображает вид в разрезе распределителя жидкости с экраном массообменной колонны, показанной на ФИГ. 1.

ФИГ. 3a, b представляют собой местные виды распределителя жидкости массообменной колонны, показанной на ФИГ. 1.

ФИГ. 4 схематически изображает вид в разрезе распределителя жидкости с экраном массообменной колонны в соответствии с другим вариантом осуществления настоящего изобретения.

ФИГ. 5а схематически изображает вид на поверхность экрана, выполненного из армированного углеродным волокном углерода в соответствии с вариантом осуществления настоящего изобретения, о которую ударяется струя воды.

ФИГ. 5b схематически изображает вид на поверхность экрана, выполненного из металла в соответствии с известным уровнем техники, о которую ударяется струя воды.

Массообменная колонна 10, показанная на ФИГ. 1, содержит насадку 12 и распределитель 14 жидкости. Распределитель 14 жидкости содержит предварительный распределитель 16 и несколько распределительных элементов 18, каждый из которых имеет множество выпускных отверстий, показанных на ФИГ. 2, 3а и 4, для выхода жидкости в виде струй. Во время работы массообменной колонны 10 газ 20 поднимается вверх по массообменной колонне 10, проходит вокруг распределительных элементов 18 и разделяется распределительными элементами 18 на множество частичных потоков 22', 22 газа. Жидкость 24 подают в распределитель 14 жидкости по питающей линии 26 и направляют через предварительный распределитель 16 в распределительные элементы 18.

Как показано на ФИГ. 2, каждый из распределительных элементов 18 имеет форму желоба, на нижнем конце которого выполнены выпускные отверстия 28. Перед выпускными отверстиями 28 расположен экран 30, так что струи жидкости, выходящие через выпускные отверстия 28, ударяются о поверхность экрана 30 и деформируются на ней в тонкие пленки текущей жидкости. В соответствии с настоящим изобретением каждый из экранов 30 выполнен из углеродного композитного материала и, в частности, из армированного углеродным волокном углерода. Как показано на ФИГ. 2, экран имеет в поперечном сечении форму сигмоидальной кривой, где сигмоидальная кривая изогнута вниз и имеет в основном постоянную кривизну в области 32 соударения, в которой струи жидкости ударяются о поверхность экрана 30. Верхний конец 34 экрана 30 прикреплен к распределительному элементу 18 с помощью винта 36, а его нижний конец выполнен в виде капельного края 38. Во время работы массообменной колонны 10 жидкость выходит из выпускных отверстий 28 в виде струй жидкости, которые ударяются в области 32 соударения о поверхность экрана 30 по существу по касательной таким образом, что образуют тонкую пленку текущей жидкости, которая стекает вниз по экрану к капельному краю 38. Капли или струйки, которые образуются на капельном краю 38, падают на поверхность насадки 12, которая расположена близко под капельным краем 38 экрана 30. Из-за кривизны восходящий газ 20 не возмущает пленку жидкости или возмущает ее по меньшей мере только в незначительной степени, поскольку экран 30 направляет газ 20 от тонкой пленки жидкости, стекающей по поверхности экрана. Вследствие этого капли жидкости, образованные на капельном крае 38, падают на нижнюю насадку 12, причем восходящий газ 20 не уносит или по меньшей мере существенно не уносит эти капли.

На ФИГ. 3а более подробно показана область вокруг выпускного отверстия 28 распределительного элемента 18. Более конкретно, выпускное отверстие 28 выполнено в стенке 40, которая наклонена относительно вертикали 46 под углом α. Жидкость 24 течет во время работы массообменной колонны 10 через выпускное отверстие 28 и образует струю 46 жидкости, которая ударяется в области 32 соударения о поверхность экрана 30 под углом β соударения, так что образует тонкую пленку 48 текущей жидкости. При соударении образуются в незначительной степени мелкие капли 50 жидкости в виде брызг. Чем меньше угол соударения, тем меньше количество образующихся капель 50 жидкости. Как показано на ФИГ. 3b, образованная пленка 48 жидкости стекает вниз по поверхности экрана 30 к капельному краю 38, где образуются капли 52 жидкости, падающие на поверхность насадки 12, которая расположена близко под капельным краем 38 экрана 30.

Распределитель 18 жидкости с экраном 30, показанный на ФИГ. 4, аналогичен показанному на ФИГ. 2, за исключением того, что распределитель 18 жидкости с экраном 30 варианта осуществления, показанного на ФИГ. 4, дополнительно содержит две юбки 54, 54'. Тогда как первая юбка 54 прикреплена к экрану 30, вторая юбка 54' прикреплена к распределителю 18 жидкости. Обе юбки 54, 54' позволяют предпочтительно влиять на поток газа 20, а именно таким образом, что под распределительным элементом 18 образуется застойная зона 56, причем капельный край 38 экрана 30 расположен внутри застойной зоны.

Как изложено выше, экран, выполненный из углеродного композитного материала, используемый в распределителе жидкости в соответствии с настоящим изобретением, обладает отличной смачиваемостью, вследствие которой струя жидкости, ударяющаяся о поверхность экрана, образует широкую и гладкую пленку жидкости на поверхности экрана. Это показано на ФИГ. 5а, на которой струя 46 воды падает на поверхность пластины, выполненной из углерода, армированного углеродным волокном, имитирующей экран 30, предложенный в соответствии с вариантом осуществления настоящего изобретения. Как показано, струя 46 воды, падающая на экран, растекается и остается в форме параболы, так что жидкость стекает вниз по поверхности экрана в виде широкой водяной пленки 48.

В отличие от этого, струи жидкости, падающие на обычные экраны, выполненные из металла, как правило, растекаются, а затем заново сливаются или соединяются с образованием узкого потока жидкости. Это схематически показано на ФИГ. 5b, на которой струя 46 воды падает на поверхность пластины, выполненной из металла, имитирующей экран 30 в соответствии с известным уровнем техники. Как показано, струя 46 воды, падающая на экран, растекается и затем заново сливается или соединяется, соответственно, с образованием узкого потока 48 жидкости.

Перечень ссылочных позиций

10 Массообменная колонна 12 Насадка 14 Распределитель жидкости 16 Предварительный распределитель 18 Распределительный элемент 20 Газ 22, 22' Частичные потоки газа 24 Жидкость 26 Питающая линия 28 Выпускные отверстия 30 Экран 32 Область соударения 34 Верхний край экрана 36 Винт 38 Капельный край 40 Стенка распределительного элемента 42 Вертикаль 46 Струя жидкости 48 Пленка жидкости 50 Капля/брызги 52 Капля жидкости, образованная на капельном краю 54, 54' Юбки 56 Застойная зона α Угол между стенкой и вертикалью β Угол соударения

Изобретение касается распределителя жидкости для разделительного устройства, такого как массообменная колонна, в частности для насадочной колонны для абсорбции, десорбции, очистки или дистилляции, причем распределитель жидкости содержит по меньшей мере один распределительный элемент, имеющий два или более выпускных отверстий для выпуска жидкости в виде струй, и дополнительно содержит по меньшей мере один экран, расположенный перед выпускными отверстиями, так что струи жидкости, выходящие через выпускные отверстия распределительного элемента, ударяются о поверхность по меньшей мере одного экрана и деформируются на ней в тонкие пленки текущей жидкости, причем по меньшей мере один из по меньшей мере одного экрана выполнен по меньшей мере частично из углерода, армированного волокном. Изобретение также касается колонны для массообмена, экрана для распределителя жидкости для разделительного устройства, применения распределителя жидкости или колонны. Технический результат предлагаемого изобретения заключается в обеспечении отличной химической стойкости экрана распределителя жидкости, в частности отличной коррозионной стойкости, отличной механической прочности, например, в частности, высокой жесткости, а также улучшенной смачиваемости, материал экрана позволяет легко и недорого придать экрану сложную форму. 4 н. и 10 з.п. ф-лы, 7 ил.

1. Распределитель (14) жидкости для разделительного устройства, такого как массообменная колонна (10), в частности для насадочной колонны для абсорбции, десорбции, очистки или дистилляции, причем распределитель (14) жидкости содержит по меньшей мере один распределительный элемент (18), имеющий два или более выпускных отверстий (28) для выпуска жидкости (24) в виде струй (46), и дополнительно содержит по меньшей мере один экран (30), расположенный перед выпускными отверстиями (28), так что струи (46) жидкости, выходящие через выпускные отверстия (28) распределительного элемента (18), ударяются о поверхность по меньшей мере одного экрана (30) и деформируются на ней в тонкие пленки (48) текущей жидкости, причем по меньшей мере один из по меньшей мере одного экрана (30) выполнен по меньшей мере частично из углерода, армированного волокном.

2. Распределитель (14) жидкости по п. 1, в котором углерод, армированный волокном, является углеродом, армированным углеродным волокном.

3. Распределитель (14) жидкости по п. 1 или 2, в котором по меньшей мере один из по меньшей мере одного экрана (30) состоит из углерода, армированного волокном.

4. Распределитель (14) жидкости по любому из предшествующих пунктов, в котором все из по меньшей мере одного экрана (30) выполнены по меньшей мере частично из углерода, армированного волокном, и предпочтительно состоят из углерода, армированного волокном.

5. Распределитель (14) жидкости по любому из предшествующих пунктов, в котором углерод, армированный волокном, имеет пористость от 5 до 30%.

6. Распределитель (14) жидкости по любому из предшествующих пунктов, который спроектирован для насадочной колонны (10), причем по меньшей мере один распределительный элемент (18) является трубчатым или желобообразным, и по меньшей мере один экран (30) расположен так, чтобы защищать выпускные отверстия от потока (20) газа, проходящего вверх.

7. Распределитель (14) жидкости по любому из предшествующих пунктов, в котором по меньшей мере один экран (30) расположен перед выпускными отверстиями (28), так что в случае максимального истечения жидкости струи (46) жидкости, выходящие через выпускные отверстия (28) распределительного элемента (18), ударяются о поверхность по меньшей мере одного экрана (30) под углами менее 60°, предпочтительно менее 30° и более предпочтительно менее 10°, причем этот угол равен углу между направлением струи (46) жидкости, выходящей через выпускные отверстия (28), и касательной в точке поверхности экрана (30), куда ударяет струя (46) жидкости.

8. Распределитель (14) жидкости по любому из предшествующих пунктов, в котором по меньшей мере один из по меньшей мере одного экрана (30) и предпочтительно каждый из по меньшей мере одного экрана (30) имеет форму сигмоидальной кривой в вертикальном направлении, а также в сечении, параллельном струе, причем сигмоидальная кривая более предпочтительно изогнута вниз и/или имеет в основном постоянную кривизну в области (32), в которой струи (46) жидкости ударяются о поверхность по меньшей мере одного экрана (30).

9. Распределитель (14) жидкости по любому из предшествующих пунктов, в котором по меньшей мере один экран (30) расположен перед выпускными отверстиями (28) таким образом, что струи (46) жидкости, выходящие через выпускные отверстия (28) распределительного элемента (18), ударяются о поверхность по меньшей мере одного экрана (30) по существу по касательной.

10. Распределитель (14) жидкости по любому из предшествующих пунктов, в котором распределительный элемент (18) выполнен из металла или пластика, причем металл является предпочтительно титаном, танталом или диоксидом циркония, или в котором распределительный элемент (18) выполнен из углерода, армированного волокном, и предпочтительно из углерода, армированного углеродным волокном.

11. Колонна (10) для массообмена, в частности для абсорбции, десорбции, очистки или дистилляции, содержащая по меньшей мере одну насадку и по меньшей мере один распределитель (14) жидкости по любому из предшествующих пунктов, в котором по меньшей мере один распределительный элемент (18) предпочтительно является трубчатым или желобообразным, и по меньшей мере один экран (30) расположен так, чтобы защищать выпускные отверстия (28) от потока (20) газа, проходящего вверх по колонне (10).

12. Колонна (10) по п. 11, содержащая два или более параллельных распределительных элементов (18), причем каждый из одного или более экранов (30) имеет капельные края (38), и распределительные элементы (18) расположены таким образом, что разделяют поток (20) газа, проходящий вверх по колонне, на множество частичных потоков (22, 22'), так что под распределительными элементами (18) образуются застойные зоны (56), при этом капельные края (38) экранов (30) расположены внутри застойных зон (56).

13. Экран (30) для распределителя (14) жидкости для разделительного устройства, такого как массообменная колонна (10), в частности для насадочной колонны для абсорбции, десорбции, очистки или дистилляции, причем экран (30) спроектирован таким образом, что когда он установлен в распределителе (14) жидкости, дополнительно содержащем по меньшей мере один распределительный элемент (18), имеющий два или более выпускных отверстий (28) для выпуска жидкости (24) в виде струй (46), и расположен перед выпускными отверстиями (28), струи (46) жидкости, выходящие через выпускные отверстия (28) распределительного элемента (18), ударяются о поверхность экрана (30) и деформируются на ней в тонкие пленки (48) текущей жидкости, причем экран (30) выполнен по меньшей мере частично из углерода, армированного волокном.

14. Применение распределителя жидкости по любому из пп. 1-10 или колонны (10) по п. 11 или 12 для осуществления процесса разделения, включающего коррозионные компоненты, и/или для осуществления процесса разделения с плотностью орошения жидкости менее 20 м³/м²⋅ч, причем процесс разделения предпочтительно является процессом абсорбции, процессом десорбции, процессом очистки или процессом дистилляции.