КОНТАКТНАЯ СТУПЕНЬ КОЛОННЫ ТЕРМИЧЕСКОЙ РЕКТИФИКАЦИИ Российский патент 2024 года по МПК B01D3/20 

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

Известна насадочная колонна включающая корпус разделенный по высоте горизонтальными перегородками на секции каждая из которых снабжена коаксиальными перфорированными стаканами с размещенной между ними насадкой, причем диаметры и высота стаканов с насадкой выполнены переменными по высоте колонны. [1] Авторское свидетельство 1039536].

Насадочная колонна имеет высокое гидравлическое сопротивление, сравнительно низкую эффективность.

Наиболее близкой по технической сущности является контактная ступень колонны термической ректификации, состоящая из корпуса, горизонтально установленных верхних, средней и нижней профилированных пластин, с отбортованными краями и центральными отбортованными отверстиями, дефлегматора, представляющего собой трубу, на которой установлены распределители конденсата. [2] (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).

Данное устройство имеет низкое гидравлическое сопротивление, однако обладает не достаточно высокой эффективностью. Что вызвано низким массообменом при контакте флегмы, стекающей по средней и нижней пластинам и поднимающими парами. На рассматриваемой ступени укрепление паров осуществляется в основном на верхних пластинах за счет парциальной конденсации и частичного испарения.

Изобретение решает задачу повышения эффективности контактной ступени по Мерфри.

Технический результат заключается в повышении эффективности за счет установки коаксиальных перфорированных стаканов с насадкой между средней и нижней профилированными пластинами, выполнении сквозных отверстий на средней пластине размещенных над насадкой, а также в установке патрубков на центральных отверстиях средней и нижней пластинах.

Повышение эффективности контактной ступени по Мерфри достигается путем увеличения межфазной поверхности контакта, за счет обеспечения стекания флегмы через выполненные на средней пластине сквозные отверстия на насадку, размещенную между средней и нижней пластинами. А также, за счет поддержания столба жидкости на средней пластине для обеспечения перетекания флегмы через сквозные отверстия вследствие герметичной установки в центральном отверстии средней пластины патрубка, устранения попадания флегмы, стекающей по нижней пластине на поверхность трубы дефлегматора путем установки патрубка в центральном отверстии нижней пластины. Это обеспечивает развитую межфазную поверхность, устраняет унос жидкости, как с поднимающимися парами, так и устраняет ее попадание на поверхность трубы дефлегматора, по которой стекает конденсат.

Технический результат достигается тем, что контактная ступень колонны термической ректификации, состоящая из корпуса, в котором горизонтально установлены верхние, средняя и нижняя профилированные отбортованные пластины с центральными отбортованными отверстиями, через которые пропущена труба дефлегматор с распределителями конденсата, а также снабжена коаксиально установленными перфорированными стаканами с насадкой, согласно изобретению, перфорированные стаканы с насадкой размещены между средней и нижней пластинами, на средней пластине над насадкой выполнены сковозные отверстия для стекания жидкости, а в центральные отбортованные отверстия средней и нижней пластин герметично установлены патрубки. Отношение диаметров перфорированных стаканов выполнено равным D₁/D₂=1,1-1,8. Отношение суммарной площади сквозных отверстий к площади горизонтального сечения насадки выполнены равным 0,1-0,5. Под горизонтальным сечением насадки понимается площадь, заключенная между коаксиально установленными перфорированными стаканами с насадкой.

Размещение перфорированных стаканов с насадкой между средней и нижней пластинами, выполнение на средней пластине над насадкой сковозных отверстий для стекания жидкости, а также размещение в центральных отбортованных отверстиях средней и нижней пластинах герметично закрепленных патрубков позволяет увеличить эффективность контактной ступени путем повышения межфазной поверхности контакта фаз на контактной ступени. Наличие сквозных отверстий на поверхности средней пластины обеспечивает орошение насадки флегмой и, следовательно, обеспечивает межфазную поверхность. Наличие патрубка, герметично установленного на средней пластине, обеспечивает необходимый уровень жидкости для ее перетекания через сквозные отверстия на насадку, а также предотвращает проход паров через сквозные отверстия и устраняет стекание жидкости в центральное отверстие и ее унос паром, что обеспечивает эффективность контактной ступени. Наличие патрубка, установленного в центральном отверстии нижней пластины устраняет попадание жидкости, как на поверхность трубы дефлегматора, так и на верхние пластины ниже установленной контактной ступени колонны, что также повышает эффективность.

Выполнение отношения диаметра наружного перфорированного стакана D₁ к диаметру внутреннего перфорированного стакана D₂ равным D₁/D₂=1,1-1,8 обеспечивает наибольшую эффективность и производительность контактной ступени в широком диапазоне изменения нагрузки по пару и жидкости.

При выполнении D₁/D₂<1,1 эффективность снижается из-за уменьшения поверхности контакта фаз. А при выполнении D₁/D₂>1,8 происходит унос жидкости паром с внутреннего перфорированного стакана из-за достижения большой скорости пара на выходе из него.

Выполнение отношения площади всех сквозных отверстий к площади горизонтального сечения насадки равным 0,1-0,5 способствует обеспечению раномерного орошения насадки и достижению заданной эффективности. При отношении площади отверстий к горизонтальному сечению насадки меньше 0,1 и более 0,5 приводит к снижению равномерность орошения насадки, а следовательно и снижению эффективности.

На фиг.1 изображен общий вид контактной ступени.

На фиг.2 представлено сечение А-А контактной ступени.

Контактная ступень колонны термической ректификации состоит из корпуса 1, в котором горизонтально установлены верхние 2, средняя 3 и нижняя 4 профилированные отбортованные пластины с центральными отбортованными отверстиями через которые пропущена труба дефлегматор 5, снабженная распределителем конденсата 6. Между средней пластиной 3 и нижней 4 размещены перфорированные стаканы 7 между которыми размещена спирально-призматическая насадка 8. На средней пластине 3 над размещенной насадкой выполнены сковозные отверстия 9 для стекания жидкости. В центральные отбортованные отверстия средней пластины 3 герметично установлен патрубок 10. А в центральном отбортованном отверстии нижней пластины герметично размещен патрубок 11.

Конструкция была опробирована в корпусе диаметром 200-300 мм. Диаметр наружнего стакана насадки варьировался от 260 - 150 мм, внутреннего 70-100 мм. Высота насадки составила 20 - 150 мм.

Контактная ступень ректификационной колонны термической ректификации работает следующим образом.

Поднимающиеся пары смеси по контактной ступени колонны контактируют с жидкостью, стекающей по поверхности пластин. Жидкость включает флегму и конденсат. Флегма стекает по средней 3 и нижней 4 поверхности пластин каждой контактной ступени ректификационной колонны. Конденсат образуется при частичной конденсации поднимающихся паров на поверхности трубы дефлегматора 5, в полость которой подается теплоноситель, например охлажденная вода. При частичной конденсации паров за счет эффекта парциальной ректификации происходит укрепление паров. Затем конденсат поступает на распределитель конденсата 6, стекает на поверхность верхних пластин 2, где происходит его частичное испарение приводящее к укреплению паров. После чего конденсат с верхних пластин 2 стекает на поверхность средней пластины 3, где смешивается со стекающей по колонне флегмой. Флегма с поверхности средней пластины за счет столба жидкости образованного установкой патрубка 10 поступает в сквозные отверстия 9 и распределяется по насадке, при этом осуществляется контакт пара с жидкостью. Дойдя до нижней пластины 4, флегма стекает с внешнего края пластины на нижележащую контактную ступень колонны. Патрубки 11 при этом не позволяют флегме стекать в центральное отбортованное отверстие, а также на поверхность трубы дефлегматора 5.

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

Изобретение относится к контактным ступеням тепломассообменных аппаратов для проведения процесса ректификации в нефтехимической, химической, пищевой и других отраслях промышленности. Изобретение касается контактной ступени колонны термической ректификации, состоящей из корпуса, в котором горизонтально установлены верхние, средняя и нижняя профилированные отбортованные пластины с центральными отбортованными отверстиями, через которые пропущена труба-дефлегматор с распределителями конденсата. Между средней и нижней пластинами коаксиально установлены наружный и внутренний перфорированные стаканы с насадкой, а отношение диаметра наружного перфорированного стакана D₁ к диаметру внутреннего перфорированного стакана D₂ выполнено равным D₁/D₂=1,1-1,8. На средней пластине над насадкой выполнены сквозные отверстия для стекания жидкости, суммарная площадь которых по отношению к площади сечения горизонтального слоя насадки выполняется равной 0,1-0,5, а в центральные отбортованные отверстия средней и нижней пластин герметично установлены патрубки. Технический результат - повышение эффективности ступени и аппарата в целом, уменьшение себестоимости выпускаемого продукта. 2 ил.

Контактная ступень колонны термической ректификации, состоящая из корпуса, в котором горизонтально установлены верхние, средняя и нижняя профилированные отбортованные пластины с центральными отбортованными отверстиями, через которые пропущена труба-дефлегматор с распределителями конденсата, отличающаяся тем, что между средней и нижней пластинами коаксиально установлены наружный и внутренний перфорированные стаканы с насадкой, а отношение диаметра наружного перфорированного стакана D₁ к диаметру внутреннего перфорированного стакана D₂ выполнено равным D₁/D₂=1,1-1,8, причем на средней пластине над насадкой выполнены сквозные отверстия для стекания жидкости, суммарная площадь которых по отношению к площади сечения горизонтального слоя насадки выполняется равной 0,1-0,5, а в центральные отбортованные отверстия средней и нижней пластин герметично установлены патрубки.