МАССООБМЕННАЯ КОЛОННА Советский патент 1996 года по МПК B01D3/22 

Изобретение относится к конструкциям массообменных колонн насадочного типа для систем газ (пар) жидкость, предназначенных для процессов абсорбции, ректификации, промывки газов и особенно вакуумной ректификации, и может найти применение в химической, нефтехимической, газовой и других отраслях промышленности.

Цель изобретения повышение эффективности массообмена массообменной колонны за счет обеспечения структуры потока жидкости, близкой к модели идеального вытеснения.

На фиг. 1 схематически представлен продольный разрез массообменной колонны; на фиг. 2 поперечный разрез в плоскости А-А фиг. 1; на фиг. 3 то же, в плоскости Б-Б на фиг. 1; на фиг. 4 разрез В-В фиг. 2; на фиг. 5 разрез Г-Г фиг. 2.

Массообменная колонна (фиг. 1-5) содержит вертикальный цилиндрический корпус 1, поддерживающий распредели- тельные конические решетки 2 с тангенциально направленными арочными прорезями 3, слой насадки 4, под распределительными решетками 2 между стенками корпуса 1 и решетками 2 установлены направляющие конуса 5 с арочными прорезями 6 выпуклостями вверх, оси которых направлены под острым углом к образующим конусов от центра к периферии, причем сечение меньшего основания конуса 5 равно не меньше 10% поперечного сечения колонны для слива жидкости.

Свободное сечение арочных прорезей 3, поддерживающих распределительных решеток 2 меньше свободного сечения насадки 4, а свободное сечение арочных прорезей 6 направляющих конусов 5 меньше свободного сечения арочных прорезей 3, распределительных решеток 2.

Массообменная колонна работает следующим образом.

Газ (пар) поступает в корпус 1 колонны (фиг. 1-5) снизу и движется вверх, проходит через арочные прорези 3 поддерживающих распределительных решеток 2, проходит через арочные прорези 6 направляющих конусов 5, контактируя при этом со стекающей сверху вниз жидкостью.

При прохождении через тангенциально направленные арочные прорези 3 распределительных конических решеток 2 колонны газ (пар) контактирует с жидкостью, стекающей сверху через слой насадки 4 от центра к периферии за счет наклона конической поверхности решеток 2, и одновременно за счет тангенциальных составляющих скорости газа (пара), выходящего из арочных прорезей 3, перемещает жидкость от центра к периферии, в результате происходит перемещение жидкости от центра к периферии на решетке 2, где жидкость стекает на периферийную часть направляющего конуса 5, откуда стекает по внутренней поверхности, контактируя одновременно с газом (паром), проходящим снизу вверх через арочные прорези 6, направленными под острым углом вниз к образующим конуса 5, способствуя перемещению жидкости вниз, к меньшему основанию, через которое жидкость стекает вниз на слой насадки 4 на нижележащей конической решетке 2, что обеспечивает увеличение пропускной способности конуса 5 по жидкости и т.д.

Как видно, на конической решетке 2 жидкость контактирует с газом (паром) и одновременно перемещается от центра к периферии решетки, где проваливается через те же арочные прорези 3 вниз на конус 5, а газ (пар) движется снизу вверх, в результате жидкость и газ (пар) взаимодействуют при перекрестном относительном движении на решетке 2 и в слое насадки 4, что, как известно, обеспечивает движущую силу процесса и высокую эффективность массообмена. Аналогично при перекрестном движении газа (пара) жидкость проходит по направляющему конусу 5, но уже при движении жидкости от периферии к центру колонны.

Тангенциальный ввод газа (пара) через арочные прорези 3 конических решеток 2 способствует поперечному перемешиванию жидкости, что, как известно, обеспечивает повышение эффективности массообмена на наклонной поверхности конических распределительных решеток 2, происходит перемещение жидкости от центра к периферии, которая находится в гидродинамическом состоянии взаимодей- ствия с газом (паром) в слое насадки 4, в результате отсутствует гидростатический слой жидкости на решетке 2, что положительно сказывается на гидравлическом сопротивлении потоку газа (пара) в условиях вакуумной ректификации и одновременно исключает провал жидкости на пути движения от центра к периферии, а провал жидкости происходит только в периферийной части решетки 2.

Таким образом, при общем противоточном движении газа (пара) и жидкости в колонне и при перекрестном взаимодействии фаз на решетках 2 и конусах 5 достигается максимальная движущая сила процесса массообмена между газом (паром) и жидкостью и максимальная эффективность массообмена.

Из практики эксплуатации насадочных колонн известно, что наибольший эффект массообмена создают концевые эффекты при взаимодействии газа (пара) с жидкостью в верхней и нижней частях колонны. В связи с этим, в предлагаемой массообменной колонне дополнительные концевые эффекты создаются на каждой ступени распределительных решеток 2 направляющих конусов 5. Кроме того, за счет подбора соответствующего минимального свободного сечения арочных прорезей 3 распределительных конических решеток 2 может достигаться стабильный режим эмульгирования, при котором, как известно, достигается значительное повышение эффективности массообмена между газом (паром) и жидкостью, что также обеспечивает дополнительное повышение эффективности работы массообменной колонны.

Объем колонны между слоем насадки 4 и направляющим конусом 5 в условиях работы может выполнять роль сепарационного пространства, что позволяет работать при оптимальных высоких нагрузках по газу (пару), близких к режиму эмульгирования, чем обеспечивается увеличение нагрузок колонны по газу (пару) и жидкости, и повышение эффективности массообмена, так как при максимальных нагрузках обеспечиваются гидродинамические условия высокоэффективного конвективного тепло- и массообмена в фазах.

Технические преимущества заключаются в повышении эффективности массообмена между газом (паром) и жидкостью вследствие исключения промежуточного провала жидкости с распределительных решеток и обеспечения структуры потока жидкости в слое насадки на решетках, близкой к модели идеального вытеснения при поперечном перемешивании жидкости, а также в уменьшении гидравлического сопротивления потоку газа (пара), а также повышении четкости разделения колонны и, следовательно, повышении чистоты и качества продуктов разделения, или в уменьшении необходимого флегмового числа для разделения смесей ректификацией, что выразится в уменьшении расхода тепла (греющего водяного пара из котельной) на ректификацию.

Область использования: массообменная колонна относится к конструкциям массообменных колонн насадочного типа для систем газ (пар) - жидкость, предназначенных для процессов абсорбции, ректификации, промывки газов и особенно вакуумной ректификации, и может найти применение в химической, нефтехимической, газовой и других отраслях промышленности. Сущность изобретения: в массообменной колоне, включающей вертикальный корпус, поярусно расположенные поддерживающие распределительные решетки с перфорациями, слой насадки на каждой решетке, направляющий усеченный конус в периферийной части колонны под каждой распределительной решеткой, установленный меньшим основанием вниз, с арочными прорезями, выполненными на поверхности конуса выпуклостью вверх, равномерно расположенными по концентрическим окружностям по отношению к оси конуса, оси арочных прорезей на поверхности конуса направлены под ось к центру. В колонне поддерживающая распределительная решетка выполнена в виде конуса вершиной вверх с острым углом образующей к горизонтали и снабжена арочными прорезями с тангенциально направленными осями. 5 ил.

МАССООБМЕННАЯ КОЛОННА, включающая вертикальный корпус, поярусно расположенные поддерживающие распределительные решетки с перфорациями, слой насадки на каждой решетке, направляющий усеченный конус в периферийной части колонны под каждой распределительной решеткой, установленный меньшим основанием вниз, с арочными прорезями, выполненными на поверхности конуса выпуклостью вверх, равномерно расположенными по концентрическим окружностям по отношению к оси конуса, оси арочных прорезей на поверхности конуса направлены под острым углом к образующим конуса от периферии к центру, отличающаяся тем, что, с целью повышения эффективности массообмена между газом (паром) и жидкостью за счет обеспечения структуры потока жидкости, близкой к модели идеального вытеснения, каждая распределительная решетка выполнена в виде конуса, ориентированного вершиной вверх с острым углом образующей к горизонтали, и снабжена арочными прорезями с тангенциально направленными осями.