Разделительная колонна Советский патент 1983 года по МПК B01D3/00 

Изобретение относится к раздели тельным колоннам для осуществления диффузионных и промывных процессов, работающих на принципе прямоточного контакта жидкой и газовой фаз. Диффузионными процессами в данном случае считаются процессы дистилляции и ректифи сации, а так,же процессы абсорбционные или десорбционные. Промывным процессом считается в первую очередь промывка твердых или жидких частиц из га зов. Кроме диффузионных и промывны процессов разделительную колонну можно использовать для непосредственного нагрева или непосредствен го охлаждения двухфазных жидких и газовых систем. Известны аппараты, которые рабо тают на принципе прямоточного контакта жидкой и газовой фаз. В зави симости от вида сепарации жидкой ф зы можно эти аппараты разделить на оборудование с экспанзионным отделением жидкой фазы и на оборудование, которое основано на других способах сепарации жидкой фазы. К последней группе оборудования относятся колонные аппараты, которые оборудованы сепараторами мат расного типа, выполненными из нескольких слоев насадки упорядоченной тонкой проволоки, которые взаимно сплетены или сотканы. Известна контактная колонна согласно пат ту ГДР 183343, которая оборудована решетчатыми тарелками, которы разделены на большое число продоль ных параллельных отсеков, в середине кгикдого отсека над тарелкой расположен слив из ближайшей вышерасположенной тарелки, в верхней тарелке - стекающая сливом жидкост Газ, который проходит через тарелку снизу вверх, захватывает сущест венную часть жидкости, которая из газожидкостной смеси опять сепарируется на сепараторе, состоящем из плоской плиты, собранной из нё- скольких слоев металлической решет ки или сетки По плите сепаратора стекает жидкость за счет гравитации в самую низкорасположенную то ку сепаратора, где установлен слив для перевода жидкости на ближайшую нижераспо юженмую тарелку. Слив проходит через пространство тарелки и своим нижним концом выходит в центре участка ближайшей нижерасположенной тарелки. Недостатком известной колонны является то, что жидкость, которая Протекает на -тарелку и газом захватывается и поднимается, после сепарации от газа уже не попадает на ту же тарелку, а выводится на тарелку, расположенную ниже. Таким образом, жидкость на тарелке не циркулирует, а проходит через нее только один раз, вследствие чего тарелка обладает малой эффективностью. В корпусе предлагаемой разделительной колонны на определенных расстояниях в горизонтальных плоскостях расположены тарелки, снабженные многократным сливом и проходными отверстиями или щелями, которые перекрыты сепараторами в виде косых крыш, образованных слоем сетки или решетки, или несколькими слоями перфорированного листа, сепараторы своими нижними краями прикреплены непосредственно или косвенно к верхней плоскости тарелки в положении, перерывающем одно или несколько отверстий тарелки, и их косые части выполнены зигзаroo6pa3HbiNm или волнистыми. За счет компоновки тарелки достигается многократная циркуляция жидкости на тарелке, т.е. повышение разделительной эффективности колонны. Волнистое или зигзагообразное исполнение косых плоскостей сепараторов, в результате которого эффективная поверхность сепаратора существенно повышается, позволяет достигнуть большой производительности тарелки при небольшой потери давления. Таким образом, колонна по сравнению с аппаратом оборудованным известными тарелками, обладает 3-5-кратной производительностью. Наблюдается возможность существенного уменьшения диаметра тарелки, в результате которого есть возможность поставлять высокопроизводительные колонны с приемлймыми транспортными габаритами непосредственно с завода на строительную площадку, без необходимой сварки корпуса колонны на площадке, что связано с большими затратами. Применение вертикальных перегородок выгодно при больших динамических высотах жидкости, когда существует опасность захлебывания части сепаратора. За счет выполнения отверстий в вертикальных перегородкс1х или в боковых перегородках, которые прикрывают боковые части сепараторов, и за счёт выбора размера этих отверстий, также как и за счет выбора высоты слива, можно точно определить степень циркуляции жидкости на тарелке, т.е. определить эффективность разделения в колонне, степень которой непосредственно зависит от степени циркуляции. Эксперимзнтально было установлено, что в случае больших потоков

жидкости на .тарелке более выгодна компоновка, когда сепараторы расположены перпендикулярно к продольной оси сливной кромки или кромок. При небольшой длине пртока и при сверхвысоких жидкocтныk нагрузках более выгодна компоновка, когда сепараторы расположены параллельно продольной оси сливной кромки или кромок.

На фиг. 1 представлена кс5лонна, по высоте которой размещены тарелки с прорезями с простым сливом и двумя рядами сепараторов в вида двускатной крыши, продольный разрез; на фиг. 2 - частично горизонтальная проекция и частично горизонтальный разрез А-А на фиг. 1, на фиг. 3 аксонометрический вид тарелки с прорезями, на котором один ряд прорезей оставлен незакрытым, в то время, как остальные ряды перекрыты перпендикулярно к продольной оси многократного слива расположенными двускатными сепараторами и сепараторами, расположенными параллельно этой оси, причем в левой части тарелки еще показана компоновка самостоятельных укороченных односторонних сепараторов с отверстиями круглой или четырехугольной формы; на фиг. 4 - вертикальный разрез тарелки с двускатньпии сепараторами,расположенными перпендикулярно к продольной оси многократного слива; на фиг. 5 - вертикальный разрез тарелки с двускатными сепараторами, расположенными параллельно много-: кратному сливу; на фиг. б - раарез Б-Б на фиг. 4; на фиг. 7 .t- разрез В-В на фиг. 5; на фиг. 8 - вертикальный разрез участка колонны, снабженной тарелками с многократным сливом и круглыми отверстиями, перекрытыми сепараторами в виде двускатной крыши; на фиг. 9 - разрез Г-Г на фиг. 8.

Разделительная колонна (фиг. 1 и 2) состоит из цилиндрического корпуса 1, в котором на регулярном расстоянии друг от друга расположены тарелки 2 с классическими сливами 4 Тарелки 2 оборудованы отверстиями 6 в виде продольных прорезей. На неперфорированную часть 5 тарелки 2 прилегают своими нижними краями сепараторы 7 с формой двускатной крыши, косые стенки которых с плоскостью тарелки образуют угол . Сепараторы 7 на тарелке расположены так, что их продольная ось параллельна продольной оси сливной кромки. Каждый из сепараторов 7 одновременно перекрывает один ряд отверстий 6. В исполнении согласно фиг. 1 изображены отверстия 6, которые проходят параллельно продольной оси сепаратора 7 по всему диаметру тарелки 2, а в исполнении согласно

фиг. 2 отверстия 6 ориентированы перпендикулярно к продольной оси сепаратора 7. Сепараторы 7 прилегают своими краями к- внутренней стенке корпуса 1 колонны. Волнистым или зигзагообразным исполнением косых стенок сепараторов увеличивается общая поверхность сепарации, пропорционально понизится скорость уноса проходящего газа и в резуль0тате этого увеличится сепарационная эффективность сепаратора.,

Существуют два варианта исполнения одностороннего сепаратора 12, который имеет форму односторонней крыши. К верхнему краю односторон5него сепаратора 12 прикреплен вертикальный сепаратор 17, которьий продолжается вертикальной перегородкой 8, прикрепленной к верхней плоскости тарелки 2. В результате исполэ

0 зования вертикального сепаратора 17 также увеличится сепарационная поверхность сепаратора 12 и соответственно понизится скорость уноса газа. Сочетание вертикальных перегородок 8

5 с вертикальным сепаратором 17можно использовать в случае большой жидкостной нагрузки тарелки, т.е. в случае неблагоприятного отношения уносимой жидкости и пара.

0

Мозможно выполнение сепаратора 12 без вертикального сепаратора 17, а вертикальная перегородка 8 удлинена до самого верхнего ребра одностороннего сепаратора 12. Боковые

5 стенки сепараторов 12 в обоих исполнениях закрыты боковыми перегородками 14, в нижней части которых выполнены отверстия 13.

Возможно выполнение несимметричного сепаратора 9, который состЬит

0 из двух неодинаковых косых частей или стенок 10 и 11. К нижним краям обеих указанных частей прилегают вертикальные перегородки 8 лрикрепленные своими нижними краями к.

5 верхней поверхности тарелки- 2. Боковые пространства сепараторов 9 закрыты боковыми перегородками 14 с отверстиями 13.

На тарелке, приведенной на

0 фиг. 3, рядом изображены разные исполнения сепараторов и перфораций тарелки. Тарелка 2 оборудована многократными желобчатыми сливами 3, между которыми в большей части

5 тарелки 2 созданы прорези б, которые перпендикулярны к продольной оси желобчатых сливов 3. Прорези в лейой части тарелки 2 не перекрыты сепараторами, прорези б. в правой части тарелки 2 частично перекры0ты двускатными сепараторами 7, ориентированными перпендикулярно к продольной оси желобчатых слявов 3 и частично сепараторами 7, ориентированными параллельно ПЕЮДОЛЬ-

5

oй оси сливов 3. При этом двускат1ые cenapaxopti 7 для упрощения в 4астоящей части тарелки 2 не закрыты боковыми перегородками 14. В 1евой крайней части тарелки 2 изображены укороченные самостоятельные эдносторонние сепараторы 12 и к яим примыкающие вертикальные сепа-: раторы 17 с вертикальными пёрегород ами. 8. Отдельные самостоятельные :;епараторы 12 в указанном случае закрыты боковыми перегородками 14. Боковые перегородки 14 и вертикаль г1ые перегородки 8 односторонних самостоятельных сепараторов 12 в нижней части выполнены с отверстиями 13. Аналогичными отверстиями 15 оборудованы и нижние края желобчатых s. :;ливов 3 в точке ниже уровня тарелки 2.

На фиг. 4 представлен частичный разрез в вертикальном направлении п цвум тарелкам 2, оборудованным многкратными желобчатыми сливами 3, между которыми в тарелке 2 выполнены перфорации. Двускатные сепараторы 7 расположены перпендикулярно к сливам 3 и их боковые пространства закрыты боковыми перегородками 14 с отверстиями 13. Днища жедобчатых слив 3 выполнены с отверстиями 16, в то время как в их боковых стенках имеюия отверстия 15.

На фиг. 5 представлено аналогичное исполнение тарелки как на фиг.4 только двускатные сепараторы 7 расдоложены параллельно желобчатым зливам 3.

Тарелки в исполнении согласно . 8 от известных исполнений отаичаются тем, что отверстия 6 в тарелке имеют круглую форму и распоюжены под двускатными сепараторами 7 всегда в двух рядах. При этом гарелки выполнены как однопоточяые с классическим сливом 4.

На фиг. 9 изображено аналогичное исполнение многопоточной тарелки, снабженной многократнылш жегюбчатыми сливами 3.

Примерами компонбвки тарелок, зогласно приложенным чертежам, не исчерпаны все возможные конструктивные вapиaнita исполнения тарелок. Тарелка сама может быть, нШпример, изготовлена как тарелка решетчатая, образованная из труб или полутруб или других подходяФ1Х профилей. Кроме продольных прорезей и круглых отверстий тарелка может быть выполнена с отверстиями прямоугольного сечения. Косые стенки сепараторов могут с горизонтальной плоскостью тарелки в общем случае образовать угол

в пределах 30-75°. Сепараторы могут быть выполнены в виде пирамидных или конических крыш или крыш в виде усеченного конуса, или пирамиды или крыш с формой .части тора. Желобчатые сливы на многопоточных тарелках могут быть заменены многократными трубными сливами и т.п. Следует только соблюдать общий принцип, чтобы внутреннее устройство было как можно простым и состояло из минимального числа деталей. Этот принцип вместе с фактом, что тарелка не состоит из подвижных частей, способствует высокой эксплуатационной надежности колонны.

Колонна работает следующим образом.

Жидкость, поступающая на тарелку через слив ближайшей вышерасположенной тарелки, протекает вдоль тарелки в горизонтальном направлении вокруг отверстий в тарелке в направлении слива или слива этой тарелки. Газ, выходящий из отверстий тарелки, уносится под действием собственной кинетической энергии жидкости в направлении к сепараторам, где жидкость отделяется и за счет гра-. витации стекает по косым поверхностям сепараторов назад на ту же тарелку, где смешивается со свежей жидкостью, поступающей из слива ближайшей вышерасположенной тарелки и вместе с ней рециркулирует. Оставшаяся часть жидкости движется в направлении к сливу, через который оттекает на нижерасположенную тарел ку. Газ, из которого отделено большинство уносимой жидкости, поднимается к вышерасположенной тарелке, где процесс повторяется.

Количество жидкости, поступающее через отверстия 13 в вертикальных перегородках 8 или боковых перегородках 14, или жидкости, поступающей через нижнюю часть сепараторов, точно определено и в связи с этим очень точно определить рециркулируемое количество жидкости, выдержать. потерю давления тарелки и. на основы этих параметров вывести и эффективность оборудования. В результате этого можно соответствующий диффузионный или промывной процесс проводить в заранее определенных пределах. Проектировщику оборудования таким образом дается возможность точно выполнить.условия разделения при заданных гидравлических условиях.

Признано изобретением по результатам экспертизы, осуществленной ведомством по изобретательству Чехословацкой Социалистической республики.

1. РАЗДЕЛИТЕЛЬНАЯ КОЛОННА,. В корпусе которой на определенных расстояниях в горизонтальны плоскостях расположены тарелки, снабженные многократным сливом и проходными отверстиями или прорезями, которые перек{Ж1ты сепараторами в виде косых крь;1ш, образованных слоем решетки или сетки, или несколькими слоями перфорированных листов, отличающаяся тем, что, сепараторы 7, 9 и 12 сво ими нижними краями прикреплены непосредственно или косвенно к верхней плоскости тарелки 2 в положении, перекрывающем одно или неско ко отверстий 6 тарелки 2, и их косы части 10 и 11 выполнены зигзагообразными или волнистыми. ; 2. Колонна по п. 1, о т л и ч а ю щ а я с я тем, что нижние края сепараторов 7, 9 и 12 прикреплены к верхней плоскости тарелки 2 посредством вертикальных перегородок 8 3.Колонна по пп1и2,. отличающаяся тем, что нижние края сепараторов 7, 9 и 12 прикреплены к верхней плоскости тарелки 2 посредством вертикальных перегородок 8 с вертикальными сепараторами 17. 4.Колонна по пп. 1-3, отличающаяся тем, что сепараторы 7, 9 и 12 на тарелке 2 расположены перпендикулярно к продольной оси сливной кромки или кромок. 5.Колонна По п. 1-3, от л ичающаяся тем, что сепараторы 7, 9 и 12 на тарелке 2 расположены параллельно продольной оси сливной кромки или кромок. 6.Колонна по пп. 1-5, о т л ичающаяся тем, что-вертикаль ные пер егородки выполнены с -отверстиями 13. 7.Колонна по пп. 1-6, р. т л ичающаяся тем, что сепарато ы 7 9 и 12 по aoKciM закрыты боковыми перегородками 14, которые выполнены с отверстиями .13.

,/

6-6

Фиг.7

Фиг. В

УуЛАА

о о oo

OpWftocfb%

/

Ji