Колонна для проведения процессов тепломассообмена Советский патент 1987 года по МПК B01D3/20 

Изобретение относится к конструк циям контактных устройств для прове дения процесса тепломассообмена в системах газ(пар) - жидкость и может быть использовано для осуществления процессов ректификации, отгонки, абсорбции и отпарки в крупнотоннажных производствах нефтеперерабатывающей, нефтехимической и газовой промышленности.

Целью изобретения является обеспечение устойчивой и эффективной работы колонны в условиях малого и крайне малого жидкостного орошения за счет организации ступенчато по- перечного движения жидкости в контактной зоне.

На фиг. 1 изображена конструкция колонны с контактными устройствами, вьтолненными из полукруглых лотков с зубчатыми краями; на фиг. 2 - фрагмент контактного устройства, вьтолненного из лотков двутаврового профиля (показано соосное расположение вертикальной пластины по отношению к оси лотков); на фиг. 3 - то .же, из лотков швеллерного сечения (показано смещенное расположение вертикальной пластины относительно оси лотков в сторону ввода пара в контактное устройство); на фиг. А - то же, в наклонной плоскости; на фиг. 5 - то же, (показано двухзаходное ступенчато-поперечное перемещение жидкости по контактному устройству); на фиг. 6 - то же, с тавровым профилем лотков, в плоскости которых выполнены клапанные контактные элементы (показана организация ступенчато-поперечного перемещения жидкости по контактному устройству); на фиг. 7 - то же, с вертикальным насадочным отбойником, предназначенным для сепарации уносимых капель жидкости; на фиг. 8 осевое расположение лотков по сечению аппарата; на фиг. 9 - то же, треугольное расположение; на фиг.10 то же, четьфехугольное расположение на фиг. 11 - то же, двухпараллель- ное расположение; на фиг. 12 - то же, трехпараллельное расположени также показано торцовое соединение лотков соосными переливными устройствами); на фиг. 13 - фрагмент контактного устройства, снабженного центральными переливными устройствами.

5

0

5

Q

Конструкция колонны включает контактные устройства, состоящие из полых лотков 1 различного профиля с вертикальными пластинами 2, которые по торцам соединены соосными переливньми устройствами 3, горизонтальные перегородки 4, обеспечивающие перекрестно-точное движение пара в контактных ступенях и корпус 5.

Контакт пара и жидкости в контактном устройстве осуществляется в перекрестном токе фаз. Однако, в отличие от известных устройств, в предлагаемом контактном, устройстве жидкая фаза подвергается обработке потоком пара на всем пути ее перемещения вдоль лотка, т,е. на участке между двумя торцовыми переливными устройствами. В переливном устройстве, установленном соосно с лотком, происходит изменение направления течения жидкости на обратное и поток жидкости перетекает на другую ступень, где также подвергается обработке паром того же состава. Далее процесс повторяется. Такой способ организации контакта фаз можно охарактеризовать как ступенчато- поперечньш с перемещением жидкой фазы.

Создание такой организации контакта фаз в контактном устройстве позволяет обеспечить устойчивую работу колонны в условиях крайне малого или малого орошения жидкости, так как нагруженность по жидкости такого устройства определяется исходя из геометрического размера про- 0 филя лотка.

Эффективность взаимодействия пара и жидкости в контактном устройстве со ступенчато-поперечным перемещением жидкости в первую очередь оп- 5 ределяется гидродинамической обстановкой как в полости лотка, так и в области непосредственного контакта пара и жидкости.

Такой областью является линия соприкосновения вертикальной пластины с поверхностью жидкости в полости лотка 1. При перекрестно- точном прохождении пара через эту область осуществляется разрыв слоя жидкости с образованием пенного слоя.

Важной особенностью в достижении требуемой гидродинамической обстановки на контактном устройстве является выполнение геометрического

0

5

5

профиля лотка. Так, в случае вьшол- нения лотка полукруглой формы (фиг. 1), обеспечивается интенсивна обра ботка всего объема жидкости. Эт осуществляется за счет плавного профиля изгиба лотка. При таком профиле лотка за счет создания развитой пены имеет место эффект увеличения потоком пара части жидкости из лотка. Возврат в процесс этой части жидкости становится возможным за счет наклонного расположения лотков друг под другом (фиг. 4). Контактное устройство с полукруглым прфилем лотков имеет небольшую задержку жидкости непосредственно в зоне контакта с паром, что благоприятствует применению этого профиля лотка в контактных устройствах для разделения тер молабильных и легкоосмо- ляюпщх веществ.

В случае же выполнения лотков в контактном устройстве по профилю швеллера обеспечивается эффект затормаживания пенного слоя за счет наличия углового изгиба. При таком вьтолнении профиля лотка создается развитая степень перемешивания (циркуляции) жидкости и пены в полости лотка и, следовательно, высокая эффективность контакта пара и жидкости. Высокая степень циркуляции жидкости в полости лотка, которая, в свою очередь, оказьшает активное пеноразрушающее действие, достигается в лотке такого профиля за счет смещения вертикальной пластины в сторону входа пара в контактное устройство (фиг. 3 и 7). Повышение степени циркуляции пенной жидкости в полости лотка может быть достигнуто и за счет выполнения, например, клапанных элементов в лотке (фиг. 6)

Выполнение контактного устройства с лотками по профилю полукруга и . швеллера предопределяет некоторую степень уноса паром капель жидкости из полости лотков. При этом практически полная степень сепарации этих капель может быть достигнута на перекрестно-точном насадке (фиг. 7). Применение неорошаемой перекрестно- точной насадки позволяет создать дополнительную обработку потоком пара скоагулированной жидкости и, кроме тог о, обеспечить полный возврат унесенной части жидкости на орошение нижерасположенного контакт5

ного устройства, так как перелив унесенной жидкости осуществляется с горизонтальной перегородки 4 непосредственно в полость лотка (фиг.1) Выполнение контактного устройства с лотками двутаврого профиля (фиг.2) позволяет к достигаемому эффекту устройства с лотками швеллерового 0 профиля обеспечить дополнительное расширение диапазона устойчивой работы за счет использования отражающего воздействия крайней полочки лотка на сепарацию жидкости из 5 noToi a выходящего пара. Кроме того, двутавровый профиль лотка позволяет усилить степень циркуляции жидкости в области входа пара в контактное устройство за счет направленного 0 изменения движения потока пара на входе в устройство, что, в свою очередь, повышает эффективность контакта.

Таким образом, испоа ьзование раз-г 5 личного по профилю лотка в контактном устройстве со ступенчато-поперечным перемещением жидкости позволяет осуществить регулирование гидродинамической обстановки в контакт- 0 ном устройстве и, следовательно, позволяет осуществить конкретный процесс с высокой эффективностью контакта в определенном диапазоне устойчивой работы.

Следует также отметить, что на эффективность контакта пара и жидкости в колонне с предлагаемыми контактными устройствами оказывает влияние величина времени пребывания 0 пара и жидкости в контакте. Одним из способов регулирования времени пребывания жидкости и пара в ко%- такте в предлагаемом устройстве является выполнение двух- или более за- 5 ходкого ступенчатого перемещения жидкости в устройстве (фиг. 5). С помощью такой конструкции контактного устройства становится возможным повысить время пребывания жидкости и пара g в условиях практически малого увеличения занятого объема колонны. Это является важным для проведения таких процессов, как отгонка или отпарка различных веществ.,

е Одной из особенностей предлагаемой конструкции колонны, в отличие от известных перекрестно-точных насадоч- ных колонн с расположением насадки по квадрату и другим фигурам, явля5

ется возможность регулирования смешения потоков жидкости как по лоткам, так и по контактному устройству в целом.

Так, при осевом (фиг. 8) и параллельном (фиг. 11 и 12) расположении лотков обеспечивается разделенное секционированное перемещение жидкости вдоль каждого контактного устройства В случае же кольцевого соединения лотков по квадрату (фиг. 10) и п о треугольнику (фиг. 9) достигается эффект смещения на каждом из лотков при вьшолнении общих переливных устройств на стыке двух соседних лотков Кроме того, применение в контактных устройствах центральных переливных устройств позволяет обеспечить смещение частей .жидкости по центру контактного устройства.

Создание такого способа регулирования степени смешения потоков жидкости по лотку контактного устройств и в целом по контактному устройству позволяет повысить эффективность и диапазон устойчивой работы аппарата при осуществлении различньпс процессо и выполнении конкретных задач по получению различной степени чистоты продуктов.

Использование предлагаемой конструкции колонны с контактными уст

ройствами, выполненными в форме лотков, позволяет обеспечить устойчивую работу аппарата при эффективном контакте пара и жидкости в области переменных нагрузок по пару и крайне малого или малого орошения по жидкости. Формула изобретения

1.Колонна для проведения процессов тепломассообмена, содержащая корпус, разделенный горизонтальными перегородками на контактные ступени, внутри которых установлены в наклон ной или вертикальной плоскости кон5 тактные устройства перекрестно-точ ного типа, отличающаяся тем, что, с целью обеспечения устойчивой и эффективной работы колонны в условиях малого или крайне малого жидкостного орошения за счет организации сгупенчато-поперечного движения жидкости в контактной зоне, контактные устройства выполнены в виде полых лотков, торцы которых попарно соеди5 нены соосными переливными устройствами и снабжены вертикальными пла- {стинами, нижний край которых смещен относительно оси лотков в сторону ввода пара в контактное устройство.

2.Колонна по п. 1, отличающаяся тем, что лотки имеют профиль полукруга, швеллера, двутавра.

0

0

Жидкость

Фиг.2.

1Кидкость

Жидкость

Фиг.З

ii ..

Фаг. 7

Фиг.8

Фиг. 9

Колонна предназначена дhя проведения процесса тепломассообмена в ректификационных и абсорбционных процессах при низких нагрузках по жидкости и переменных нагрузках по пару. Целью изобретения является обеспечения устойчивой и эффективной работы колонны в условиях малого или крайне малого жидкостнвго орошения за счет организации ступенчато-поперечного передвижения жидкости в контактной зоне. Контактные устройства выполнены в виде полых лотков, торцы которых попарно соединены соосньми переливными устройствами, и в полости лотков размещены вертикальные пластины, нижний край которых смещен относительно оси лотков в сторону ввода пара в контактное устройство. Лотки имеют профиль полукруга, швеллера, двутавра. 1 з.п. ф-лы, 13 ил. с (Л со со ел 1чЭ vj

Жидкое ITHf

Пар

ФагЛЗ