Тепломассообменная колонна Советский патент 1984 года по МПК B01D3/32 B01D53/18 

Изобретение относится к конструкциям тепломассообменных насадочных . аппаратов, используемых в процессах ректификации и абсорбции и работающи на общем принципе противотока контак тирующих потоков жидкости и пара (газа), и может применяться для ва.куумной ректификации термонестойких и высококипящих продуктов. Известна тепломассообменнал колон на, содержащая корпус, крышки, верхние и.нижние пакеты насадки, опорные решетки, наклонные пластинчатые пере распределители и распределители жидкости, содержащие вертикальные перегородки ипепеливные желоба lj . Однако применяемые в этих колонна распределители весьма чувствительны к загрязнениям. Кроме того, принцип работы этих распределителей позволяет осуществлять равномерную подачу орошающей жидкости не более, чем в 10 точках на 1 дм орошаемой площади Этого числа недостаточно для равномерной смоченности насадки при незна чительных (IjijAf 0,3-0,7 ) . плотностях орошения, которыми характеризуются условия вакуумной ректифи кации. Другим недостатком распредели телей является невозможность их исПользования при перераспределении жидкости межлу слоями насадки. В зти участках размещены распределительноперераспределительные устройства желобчатого типа. Однако/их свободное сечение не превьшгает 45-55%, в то вр мя как свободное сечение регулярных насадок составляет 65-85%. Использование Устройств желобчатого типа ограничивает пропускную способность ко лонны по парожидкостным нагрузкам. Помимо этого узлы распределения зани мают значительную часть рабочей высо ты колонны, что снижает объем аппара та с активным контактом фаз. Целью изобретения является повышени пропускной способности и эффективности колонны путем увеличения свободного се чения узлов распределения и улучшения качества распределения жидкости и пара Поставленная цель достигается тем, что тепломассообменная колонна, содержащая корпус, крьш1ки, верхний и нижний пакеты насадки, опорные решетки, наклонные пластинчатые перераспределителн и распределители жидкост 1, содержащие вертикальные перегородки и переливные желоба, снаб ;згена расположенными между крьшками и корпусом цилиндрическими обечайками переменного сечения и опорными желобами, соединенными по днищу с переливными желобами и размещенными под ними, при этом нижние торцы боковых стенок опорных желобов перпендикулярны направлению листов верхнего пакета и плотно прижаты к этим листам, а распределители жидкости установлены в цилиндрических обечайках переменного сечения. Целесообразно, чтобы колонна была снабжена капиллярными канавками, расположенными с внешних сторон переливных и опорных желобов, выполненных с скругленнь1ми боковыми стенками и днищем. Кроме того, целесообразно, чтобы верхний и нижний пакеты насадки бьши выполнены из вертикальных листов одинаковой высоты. На фиг. 1 представлена колонна, общий вид; на фиг. 2 - переливной и опорный желоба, поперечное сечение; на фиг. 3 - разрез А-А на фиг. 1. . Колонна содержит корпус 1, верх;нюю 2 и -нижнюю 3 крьшжи, цилиндрические обечайки 4, размещенные между верхнейкрьш1кой 2,корпусом 1,штуцера 5 и 6 входа .и выхода пара (газа) и жидкости, перераспределитель 7 и распределитель 8, опорные решетки 9, на которые уложены пакеты 10 регулярной насадки из вертикальных гофрированных листов (или насыпан слой нерегулярной насадки). С целью лучшего перераспределения жидкости и пара по поперечному сечению колонны вышерасположенные пакеты повернуты на 90 относительно нижерасположенных. Высота верхнего и нижнего пакетов (величины hg и Ьц на фиг. 1) составляет 30-100 мм, а высота основных пакетов (величина h на фиг. 1) 200-300 мм. Распределитель 8 включает донную часть 11, переливные 12 и опорные 13 открытые желоба, вертикальные перегородки 14 и переточный канал 15. Разность высот между верхними торцами вертикальных перегороок 14 и боковых стенок переливных елобов 12 (величина h, на фиг. 1) зависимости от расхода Ж1адкости диаметра колонны составляет 3-5% т диаметра цилиндрической обечайки. аклонные пластины перераспределиеля 7 перекрывают зоны свободного сечения распределителя 8, что необходимо для исключения провала жидкости на поверхность насадки, Площадь зон свободного сечения перераспределителя 7 и распределителя 8 составляет 65-80% от площади попереч ного сечения корпуса 1. Это делает свободное сечение узлов распределения в предлагаемой конструкции на 35-40% выше, чем у известных колонн Между переливными 12 и опорными 13 желобами с внешних сторон расположены продольные капиллярные канавки 16 (фиг, 2), Нижние торцы боковых стенок опорных желобов 13 перпендикулярны направлению листов 17 пакета 10 и в зонах (точках) контакта е (фиг, 3) плотно прижаты к этим листам, В точках е орошающая жидкость смачивает поверхность насадки, Число таких точек орошения на площади в 1 дм составляет 50-80 (против 10-14 в известных колоннах), Распределители жидкости размещены в цилиндрических обечайках,установленных во фланцевых разъемах колонн (между верхней крьш1кой и кор пусом) . В зависимости от величины свободного сечения насадки цилиндри .ческие обечайки выполнены либо с од наковой, либо с большей, чем у корп са, площадью поперечного сечения при этом относительное увеличение площади попе)речного сечения цилиндр ческих обечаек может достигать до 25%, а в распределителях разность высот между верхними торцами вертикальных перегородок и боковых стено перели зных желобов может достигать до 5% от диаметра (внутреннего) цилиндрических обечаек. Тепломассообменная насадочная ко лонна работает по общему принципу противоточного контакта жидкости и пара. Питающая жидкость через шту цера 6, размещенные в цилиндрически обечайках 4 переменного сечения, поступает в переточные каналы 15 и равномерно перераспределяется по пе реливным желобам 12, Жидкость, отсе кающаяся с вьш1ерасположенной насадки, движется по наклонным пластинам перераспределителя 7 и поступает в переточный канал 15 и переливные желоба 12 распределителя 8, Ороша ющая жидкость переливается через боковые стенки желобов 12 (или чере переливные прорези в боковьдх стенка и заполняет продольные капиллярные канйвки 16, из которых равномерной пленкой движется по внешней поверхности боковых стенок опорных желобов 13 на орошаемую поверхность, 3 многочисленных точках контакта е жидкость смачивает листы 17 (или элементы нерегулярной насадки) и равномерной пленкой распределяется по всей поверхности насадки. Через штуцер 6 в нижней крышке 3 жидкость выводится из колонны. Поток пара через штуцер 5 в нижней крышке 3 поступает в насадочную часть нижней части корпуса 1, Двигаясь по каналам пакетов 10 (или по каналам нерегулярной насадки), пар вступает в обмен теплом и массой со стекающей пленкой жидкости. Через зоны свободного сечения в распределителе 8 и перераспределителе 7 поток пара передвигается в насадочную часть вьш1ерасположенной части корпуса 1, Через штуцер 5 в верхней крышке 2 пар выводится из колонны. При повышенных нагрузках по пару и жидкости с целью исключения брызгоуноса в верхней крьш1ке 2 над распределителем 8 может устанавливаться перерасп еделителъ 7 (на фиг, 1 не по-, казан),В указанном случае последний использован в качестве статического отбойника капельной жидкости, Поиск лучшего варианта тепломассообменной цасадочной колонны показал, что отечественной промьшшенностьй еще только начато освоение колонн, аналогично принятой за прототип конструкции. Поэтому для оценки эффектив-. ности заявляемой колонны в качестйе базового образца выбрана стандартная насадочная колонна. Колонна оснащена регулярной или насыпной насадкой и узлами распределения тарельчатого типа. Недостатками этой конструкции является малое свободное сечение узлов распределения (30-40% от площади поперечного сечения колонны)и малое число точек орошения насадки (не бот лее 8-10 на площади 1 дм), В табл, 1 приведены данные, характеризующие основные показатели насадочных колонн. Очевидно, чуо колонна, обладающая большими коэффициентом использования рабочего объема, свободным сечением узлов распределения (и соответственно большими эффективностью и предельньм нагрузочным фактором) и меньшим удельным объемом, является более предпочтительной как с технической, так и с экономической точек зрения. Сравнительные характеристики (табл. 1) свидетельствзпот о преимуществах предлагаемой насадочной колонны по отношению к известной и ба зовой. Результаты испытаний разработанных колонн с различными модификациями узлов распределения и насадки представлены в табл. 2. Приведенные данные (табл. 2) сви детельствуют, что применение предла гаемой конструкции взамен существу0ющих колонн, оснащенных насадкой из колец Рашига и тарельчатыми распределителями, позволило существенно повысить технико-экономические показатели производственных процессов, увеличить производительность колонн, повысить качества продукции с одновременным ростом выхода и благодаря этому получить ощутимый экономический эффект. Расчеты, произведенные по общепринятой методике, показали, что экономический эффект от намеченных к 1985 году внедрений разработанной колонны составит около 1 млн. руб. Т а б.л и ц а 1

1. ТЕПЛОМАССООБМЕННАЯ КОЛОННА, содержащая корпус, крьппки, верхний и нижний пакеты насадки, опорные решетки, наклонные пластинчатые перераспределители и распределители жидкости, содержащие вертикальные перегородки и переливные желоба, отличающаяся тем, что, с целью повьшения пропускной способности и эффективности колонны путем увеличения свободного сечения узлов распределения и улучшения качества распределения жидкости и пара, она снабжена расположенными между крышками и корпусом цилиндрическими обечайками переменного сечения и опорными желобами, соединенными по днищу с переливными желобами и размещенными под ними, при этом нижние торцы боковых стенок опорных желобов перпендикулярны направлению листов верхнего пакета и плотно прижаты к этим листам, а распределители жидкости установлены в цилиндрических обечайках переменного сечения. 2.Колонка по п. 1, отличающаяся тем, что она снабжена капиллярными канавками, расположенными с внещних сторон переливных и опорных желобов, вьтолненных с скругленными боковыми стенками и днищем. 3.Колонна поп. 1, о т л и ч аю щ а ifi с я тем, что верхний и нижний пакеты насадки выполнены из вертикальных листов одинаковой высоты. СЛ

Коэффициент использования рабочего объема колонны (характеризует соотношение объема насадочной части к общему объему колонны)

Свободное сечение

.узлов распределения, % к площади поперечного сечения колонны

Предельный нагрузочный фактор, F Wf кг°. M-OS. с-

3,2-4,0 Эффективность, характеризующаяся числом теоретических тарелок 3-4 на 1 м высоты колонны, (при F А5 OS 2,4 кг° м Удельный объем (характеризует объем колонны, приходящий- 0,075 ся на единицу пропуск- (при F 2,4 кг«. ной и разделяющей способности), м с/м -с)

скорость пара, м/с; рр - плотность пара, кг/м. Параметр, полученный при испытаниях, в сопоставимых условиях (ректификация эталонный смесей под давлением 6,65 кПа)..

0,55-0,65

0,80-0,85

30-40

65-75

1,8-2,0

3,5-4,5 2-3 (при F {при F . 2,4 . А5 -О, 1,5 кг .с) 0,105 0,052 (при F (при F 1,5 . м° 2,4 м-° с-) .с-)

Габариты колонны,

Соединение

конструкционный

материал

Диаметр колонн 0,2-0,4 м

водорода Высота насадки 1-2 м Колонны из фарфора. Насадки, узлы распределения и опорные решетки из фторопласта-4

азин

Диаметр колонн 0,3-0,5 м Высота насадки 6-8 м

ны

Колонны, узлы распределения и опорные решетки из нержавеющей стали. Насадка из проволочной сетки.

Lldfc:

А ЯчЛюст

Таблица 2

Результаты применения

За счет возрастания пропускной способности в 1,5-2 раза снижены диаметр и высота колонн на 8-12% увеличен выход целевых продуктов вследствие снижения потерь от термического разложения; выделены компоненты с содержанием основного вещества 99,2-99,7 7о

IV5

1A

и

Фиг.7