КОНТАКТНАЯ СТУПЕНЬ КОЛОННЫ ТЕРМИЧЕСКОЙ РЕКТИФИКАЦИИ Российский патент 2023 года по МПК B01D3/18 

Изобретение относится к контактным ступеням тепломассообменных аппаратов для проведения процесса ректификации в нефтехимической, химической, пищевой и других отраслях промышленности.

Известна контактная ступень колонны термической ректификации, состоящая из корпуса, горизонтально установленных верхних, средних и нижних пластин, дефлегматора, представляющего собой трубу, на которой установлены распределители конденсата. (Статья «Исследование термической ректификации в колонне с низким массообменом на ступенях» Н. А. Войнов, Д. А. Земцов, О.П. Жукова. Размещенная в журнале Теоретические основы химической технологии, 2017, том 51, №2, с. 174 - 181, рис. 1).

Указанная контактная ступень работает в узком диапазоне расхода по пару. При уменьшении расхода пара верхние пластины не полностью смачиваются флегмой (конденсатом), При большом расходе паров увеличивается расход флегмы и, следовательно, удельная плотность орошения верхней пластины ведет к снижению эффективности разделения.

Наиболее близкой по технической сущности является контактная ступень колонны термической ректификации. Контактная ступень колонны термической ректификации, включает цилиндрический корпус, в котором вертикально установлен дефлегматор, выполненный из трубы снабженный распределителями конденсата между которыми размещены чередующиеся между собой верхние и нижние пластины с отбортованными отверстиями и отбортованными торцами. На верхних пластинах выполнен буртик, образующий кольцевой канал для перемещения жидкости (общей флегмы) со сливным отверстием, а также на верхних и нижних пластинах хотя бы по одному выполнены дополнительные отбортованные отверстия соосные между собой для перетекания флегмы. (Патент RU 2755176 C1 МПК B01D 3/26, 2021. Войнов Николай Александрович, Земцов Денис Андреевич, Жукова Ольга Петровна, Дерягина Нина Владимировна. Заявл. 17.11.2020, опубл. 13.09.2021).

В данном устройстве решена проблема отвода конденсата, образованного при частичной конденсации поднимающихся паров на оголенной поверхности верхних пластин, который попав в жидкость, размещенную на поверхности верхних пластин снижает концентрацию легколетучего компонента в ней и, следовательно, эффективность. По верхним пластинам через дополнительные отбортованные отверстия осуществляется последовательное перетекание флегмы. По нижним пластинам в устройстве принятом за прототип осуществляется отвод конденсата, образованного на оголенной поверхности пластин, в общую флегму, стекающую по колонне. Но такое конструктивное исполнение ступени привело к снижению поверхности контакта общей флегмы с паром, что не достаточно эффективно. Общая флегма перемещается только по кольцевому каналу и не распределяется по пластинам, как в устройстве принятом за аналог. А так как поверхность канала на порядок меньше поверхности пластин наблюдается снижение эффективности.

Кроме того, наличие дополнительных отверстий на пластинах уменьшает поверхность, на которой распределяется флегма, образованная при конденсации пара на поверхности дефлегматора, что также не эффективно.

Изобретение решает задачу повышения эффективности массообмена контактной ступени по Мерфри путем увеличения поверхности контакта общей флегмы с паром и поверхности контакта флегмы образованной на поверхности дефлегматора с паром за счет обеспечения стекания общей флегмы по поверхности средней и нижней пластинам при одновременном устранении попадания конденсата с оголенной поверхности верхних и нижней пластин в флегму, размещенную на верхних пластинах.

В заявляемом устройстве флегма последовательно стекает по поверхности верхних пластин, а общая флегма стекает не только по кольцевому каналу, как в устройстве принятом за прототип, но и последовательно проходит через среднюю и нижнюю пластины, имеющие сравнительно большую поверхность. Но при этом, в отличие от устройства принятого за аналог не происходит попадания конденсата, обедненного легколетучим компонентом, образованного при частичной конденсации паров на оголенной поверхности пластин в жидкость, размещенную на верхних пластинах.

Технический результат повышения эффективности массообмена достигается за счет установки под верхними пластинами дополнительных профилированных пластин, у которых ось центрального отверстия радиально смещена от оси симметрии верхних пластин в сторону противоположную от сливного отверстия и выполнение на них канала для отвода конденсата. А также за счет выполнения в кольцевом канале верхних пластин камеры для сбора флегмы.

Контактная ступень колонны термической ректификации, включающая

цилиндрический корпус, в котором вертикально установлен дефлегматор, выполненный из трубы снабженный распределителями конденсата между которыми соосно размещены верхние, средняя и нижняя отбортованные с торца пластины, снабженные отбортованным центральным отверстием и отверстиями для прохода пара, выполненные при соблюдении отношения высоты отбортовки торцов пластины h к высоте отбортовки отверстий h₁ равном h/h₁=0,8-0,9, на верхних пластинах размещен буртик, образующий кольцевой канал со сливным отверстием, согласно изобретению, под верхними пластинами, кроме расположенной над средней пластиной, установлены с зазором дополнительные профилированные пластины ось центрального отбортованного отверстия, у которых смещена в радиальном направлении от оси симметрии верхних пластин в противоположную сторону от сливного отверстия. В кольцевом канале под сливным отверстием выполнена камера для сбора флегмы и ее перетекания на поверхность пластины, а на поверхности дополнительных профилированных пластин в месте наибольшего сближения с корпусом выполнен канал для слива конденсата. Нижняя пластина выполнена в форме конуса, расширяющего от оси корпуса.

Установка с зазором дополнительных отбортованных пластин ось центрального отбортованного отверстия, у которых радиально смещена от оси симметрии верхних пластин в противоположную сторону от сливного отверстия, а также создание в кольцевом канале напротив сливного отверстия камеры для сбора флегмы, выполнение на поверхности дополнительных отбортованных пластин вместе наибольшего сближения с корпусом канала для слива конденсата позволяет увеличить эффективность контактной ступени, за счет увеличения поверхности контакта фаз, а также исключает попадание конденсата во флегму, размещенную на верхних пластинах.

Установка с зазором дополнительных отбортованных пластин ось центрального отбортованного отверстия, у которых радиально смещена в противоположную сторону от сливного отверстия, позволяют собирать конденсат, образованный при конденсации паров на оголенной поверхности пластин. А смещение дополнительных отбортованных пластин относительно верхних пластин, за счет смещения оси их центральных отверстий позволило освободить место под сливным отверстием и обеспечить перетекание флегмы с одной верхней пластины на другую верхнюю пластину и обеспечить перетекание конденсата, образованного на оголенных поверхностях верхних пластин в общий поток флегмы, что повышает эффективность.

Смещение оси центрального отверстия у дополнительных профилированных пластин в радиальном направлении в сторону противоположную сливному отверстию позволило отодвинуть край дополнительной профилированной пластины от сливного отверстия расположенного над ней на верхней пластине и обеспечить тем самым перетекание флегмы на нижележащую верхнюю пластину в камеру для сбора флегмы и обеспечить ее дальнейшее перетекание на поверхность пластины. Причем канал, выполненный на поверхности дополнительных профилированных пластин обеспечивает перетекание конденсата в стекающую общую флегму.

Радиальное перемещение оси центрального отверстия у дополнительных отбортованных пластин от сливного отверстия обеспечивает беспрепятственное перетекание флегмы по верхним пластинам и предотвращает ее смешение с конденсатом.

Создание в кольцевом канале верхних пластин под сливным отверстием камеры для сбора конденсата устраняет растекание флегмы по кольцевому каналу и обеспечивает ее попадание на поверхность пластины, что также обеспечивает эффективность.

Выполнение на поверхности дополнительных пластин в месте наибольшего сближения с цилиндрическим корпусом канала для слива конденсата позволяет отводить конденсат в общую флегму.

Выполнение нижней пластины в форме конуса расширяющегося от оси корпуса ступени предотвращает попадание конденсата образованного на ее оголенной поверхности в жидкость, размещенную на поверхности верхней пластины последующей контактной ступени. Конденсат за счет сил поверхностного натяжения не отрывается от пластины и стекает по его поверхности в общий поток флегмы.

На фиг. 1 изображен общий вид контактной ступени.

На фиг. 2 представлен вид сверху контактной ступени.

На фиг. 3 представлен вид сверху верхней пластины с камерой для конденсата.

На фиг. 4 представлен вид сверху дополнительной пластины.

На фиг. 5 представлена схема потоков на ступени.

Контактная ступень колонны термической ректификации состоит из цилиндрического корпуса 1, в котором вертикально установлен дефлегматор, состоящий из трубы 2 с распределителями конденсата 3. По высоте корпуса поочередно горизонтально установлены отбортованные верхние пластины 4, средняя пластина 5 и нижняя пластина 6. На каждой верхней, средней и нижней пластинах выполнено центральное отбортованное отверстие 7 соосные между собой. На верхних пластинах 4 выполнен буртик 8 образующий кольцевой канал 9 для перемещения флегмы, в котором выполнено сливное отверстие 10 произвольной формы. Под верхними пластинами 4, кроме расположенной над средней пластиной 5, установлены с зазором дополнительные отбортованных пластины 11, у которых ось центрального отбортованного отверстия 7 поочередно смещена в радиальном направлении от оси симметрии верхних пластин 4 в сторону противоположную от оси сливного отверстия 10, размещенного на верхних пластинах. В кольцевом канале 9 под сливным отверстием 10 на верхних пластинах 4, кроме самой верхней на контактной ступени, выполнена камера 12 для сбора флегмы, например, путем установки двух перегородок 13. На поверхности дополнительных отбортованных пластин 11 в месте наибольшего сближения с корпусом 1, выполнен канал 14 для слива конденсата.

Нижняя пластина 6 может быть выполнена в форме конуса расширяющимся от оси корпуса 1. На верхних пластинах выполнены отбортованные отверстия для прохода пара 15.

Контактная ступень колонны термической ректификации работает следующим образом. Пары, поднимаются по колонне, частично конденсируется на поверхности дефлегматора 2 с образованием флегмы, которая затем по распределителям конденсата 3 стекает на верхнюю пластину 4. Распределяясь по ее поверхности в виде жидкостного слоя. Флегма подогревается потоком поднимающихся паров за счет их частичной конденсации на оголенной поверхности верхних пластин 4, при этом происходит испарение легколетучих компонентов из флегмы, приводящее к укреплению поднимающихся паров. Затем флегма с верхней пластины 4 перетекает в кольцевой канал 9 и через сливное отверстие 10 попадает в камеру 12 следующей верхней пластины 4. Откуда через буртик 8 перетекает на поверхность нижележащей верхней пластины 4, где происходит дальнейшее испарение легколетучего компонента и укрепление поднимающихся паров. Конденсат, образованный на оголенной поверхности верхних пластин 4 стекает на поверхность дополнительных отбортованных пластин 11 и через канал 14 поступает в поток общей флегмы, перемещающийся по поверхности средней 5 и нижней 6 пластин. Вследствие смещения оси центрального отбортованного отверстия 7 на дополнительных пластинах 11 флегма перетекает с поверхности на поверхность верхних пластин 4 не смешиваясь с конденсатом, перемещающимся по поверхности дополнительных отбортованных пластин 11. Флегма с верхней пластины 4 размещенной над средней пластиной 5 через сливное отверстие 10 поступает на среднюю пластину ступени 5, где смешивается с общей флегмой.

В случае выполнения нижней пластины 6 на конус конденсат, образованный на ее оголенной поверхности стекает по поверхности пластины в поток общей флегмы.

Предлагаемая контактная ступень колонны термической ректификации по сравнению с известными позволяет увеличить эффективность ступени, и аппарата в целом, что уменьшает себестоимость выпускаемого продукта.

Изобретение касается контактной ступени колонны термической ректификации, включающей цилиндрический корпус, в котором вертикально установлен дефлегматор, выполненный из трубы, снабженный распределителями конденсата, между которыми размещены верхние, средняя и нижняя отбортованные с торца пластины, снабженные отбортованными центральным отверстием и отбортованными отверстиями для прохода пара на верхних пластинах, выполненные при соблюдении отношения высоты отбортовки торцов пластины h к высоте отбортовки отверстий h1, равного h/h1=0,8-0,9. На верхних пластинах размещен буртик, образующий кольцевой канал со сливным отверстием. Под верхними пластинами, кроме расположенной над средней пластиной, установлены с зазором дополнительные профилированные пластины, у которых ось центрального отбортованного отверстия смещена в радиальном направлении от оси симметрии верхних пластин в противоположную сторону от сливного отверстия, в кольцевом канале под сливным отверстием выполнена камера для сбора флегмы, а на поверхности дополнительных профилированных пластин в месте наибольшего сближения с корпусом выполнен канал для слива конденсата. Технический результат - повышение эффективности ступени, уменьшение себестоимости выпускаемого продукта. 1 з.п ф-лы, 5 ил.

1. Контактная ступень колонны термической ректификации, включающая цилиндрический корпус, в котором вертикально установлен дефлегматор, выполненный из трубы, снабженный распределителями конденсата, между которыми размещены верхние, средняя и нижняя отбортованные с торца пластины, снабженные отбортованными центральным отверстием и отбортованными отверстиями для прохода пара на верхних пластинах, выполненные при соблюдении отношения высоты отбортовки торцов пластины h к высоте отбортовки отверстий h₁, равного h/h₁=0,8-0,9, на верхних пластинах размещен буртик, образующий кольцевой канал со сливным отверстием, отличающаяся тем, что под верхними пластинами, кроме расположенной над средней пластиной, установлены с зазором дополнительные профилированные пластины, у которых ось центрального отбортованного отверстия смещена в радиальном направлении от оси симметрии верхних пластин в противоположную сторону от сливного отверстия, в кольцевом канале под сливным отверстием выполнена камера для сбора флегмы, а на поверхности дополнительных профилированных пластин в месте наибольшего сближения с корпусом выполнен канал для слива конденсата.

2. Контактная ступень колонны термической ректификации по п. 1, отличающая тем, что нижняя пластина выполнена в форме конуса, расширяющегося от оси корпуса.