Колонна для тепло- и массообменных процессов Советский патент 1979 года по МПК B01D3/30 

(54) КОЛОННА ДЛЯ ТЕПЛО-МАССООБМЕННЫХ ПРОЦЕССОВ

I

/

Изобретение относится к колонным аппаратам для систем газ (пар)-жидкость, в которых жидкость движется сверху вриз и контактирует с газом (паром), поднимающимся по колонне, и может быть использовано в процессах ректификации, абсорбции, промывки газов в агрегатах большой единичной мощности, где требуется обеспечить эффективный контакл между большими количествами газа (пара) и жйДТгости и в жидкой фазе имеются твердые частицы или продукты полимеризации. В настоящее время для переработки больших количеств жидкости и газа (пара) методами ректификации и абсорбции используют колонны с продольно-поперечным секционированием потоков.

Известна тарелка, основание которой снабжено направленными элементами для прохода газа (пара) обеспечивающими вихревое движение фа13 1.

Наиболее близка по технической сущности к предложенной колонна для проведения тепло- массообменных процессов между газом (паром) и жидкостью, представляющая собой установленные в корпусе одна над

другой контактные, тарелки в виде горизонтальных плит с прорезями (отверстиями) для прохода сквозь них газа (пара), разделенные на отдельные секции вертикальными перегородками в виде правильных многоугольников, содержащая сливные трубь.«, в центре каждой секции с отражающими

-дисками под сливными трубами с зазорами между сливными трубами и отражающими дисками для перелива жидкости с верхних секций к периферийным зонам соответствуюших нижних секций нижележащих тарелок 2.

Такая колонна работает следующим образом.

За счет навесной траектории стекающей

под действием силы тяжести жидкости из сливных труб с отражающими дисками от центра к периферии и движения жидкости от периферии к центру по поверхности секции контактной тарелки в условиях барботажа образуется двойная зона контакта фаз, за счет дополнительной зоны контакта фаз обеспечивается повыщение эффективности массобмена контактной ступени. Таким образом, осуществляется продольно-попереч.-.5V3Pi«3 fe-S6te:S i% 7(Ш39 HOC секцтонйрованиёпотоков газа (пара) и жидкости с помощью отдельнйх простых элементов-секций, что позволяет уменьшить металлоемкость колонн больших диамётров. Недостатком этой колонны явл гётсягтгедостаточно высокие доступные нагрузки по газу (пару), Д1гййтируемые уносом жидкости с газом (паром) в условиях барботажного режима работы секций контактной тарелки, и неустойчивость работы при изменении в широких пределах нагрузок по газу (пару) и жидкости. Цель изобретения - увеличение п|роизводительности и эффективности массообмена в колоннах больших диаметров за счет, секционирования потоков газа (пара) и жидкости н.а контактных тарелках и использовании в секциях контактных элементов с регулярно врашающимся двухфазным потоком., Это достигается тем, что в предложенной колонне секции выполнены в виде жестко установленных над плитой на опорных кольцах дисков, равномерно размещенных в горизонтальной плоскости по окружности с образованием периферийных пространств, причём, центры дисков вышележац1ей тарелки смещены по отношению к центрам дисков нижележащей тарелки на угол, равный d -, где п - количество дисков тарелки, и периферийное пространство, расположенное между дисками верхней тарелки, соединено сливными трубами с центрами дисков нижележащей тарелки с образованием зазора между нижней кромкой сливной трубы и центром диска . Целесообразно в колонне над каждым диском устанавливать сепарационное кольцо выполненное с диаметром, большим, чем диаметр диска, на круглых дисках выполнять прорези для прохода газа (пара) с аркоподобными козырьками, расположенные таким образом, что они направляют струи проходящего через прорези газа (пара) тангенциально к диску, под некоторым углом к его поверхности и в одну сторону. На стороне диска, предназначенной для приема жидкости, для дополнительной турбулйзацйи фаз и интенсификации массообмена целесообразно устанавливать отбойные пластины, изогнутые в форме спиралей Архимеда расходящиеся от центра диска и закрученные в сторону, соответствующую направлению струи газа (пара), обеспеченному аркоподобными козырьками прорезей, а в центре каждого диска над его гладкой частью для предупреждения образования застойных зон, забивания гидрозатвора твердыми частицами или продуктами полимеризации и уменьшения времени пребывания жидкости в зоне гидрозатвора вокруг сливной трубы опускающейся к центру диска,Шакстга71ьно устанавливать два кольца, причем нижнюю Кромку внутреннего кольца располагать ниже нижней. кромки сливной fjpy6bi и ниже нижней кроМки наружного кольца, а верхнЮЮ кромку внутреннего кольца располагать выще нижней кромки сливной трубы и ниже верхней кромки наружного кольца с образованием гидрозатвора при сливе жидкости через сдивную трубу, в центре колонны для обеспечения жесткости контактных тарелок больших диаметров устанавливать сплошную трубу. На фиг. 1 сх ема тичес ки показана часть колонны с KOHTsila HriW H тарелками, вертикальный разрез; на фиг. 2 - разрез А - А на фиг. 1; на фиг. 3 - разрез Б - Б на фиг. 2; на фиг. 4 - разрез В -В на фиг. 3; на фиг. 5 - разрез Г - Г на фиг. 4; на фиг. 6 - разрез Д - Д на фиг. 4; на фиг. 7 разрез Е - Е. на фиг. 4; на фиг. 8 - разрез Ж -Ж на фиг. 7.Колонна содержит корпус 1, установленные одна над другой контактные тарелки, содержащие гориз онтальные плиты 2, в отверстиях которых плотио закреплены опорные кольца 3, на которых жестко закреплены горизонтальные круглые диски 4. Центральная часть 5 круглого диска выполнена гладкой, остальная часть диска имеет прорези 6 для прохода газа (пара) с аркоподобными козырьками 7, расположенные по концентрическим окружностям и направляющие струи проходящего через прорези газа (пара) тангенциально к диску, в одну сторону и под некоторым углом к плоскости диска. На стороне диска для приема жидкости установлены отбойные пластины 8, изогнутые в форме спиралей Архимеда, расходящиеся от центра диска и закрученные в сторону, соответствующую направлению струй газа (пара), обеспеченному аркоподобными козырьками 7 прорезей 6. Над каждым диском 4 коаксиально установлены сепарационные кольца 9 несколько большего диаметра, чем диск, с некоторым зазором 10 между сепарационньш кольцом 9 и диском 4 для слива жидкости. В Дёнтрь каждого диска подведены сливные трубы 11 с зазором 12 между нижней кромкой 13 сливной трубы 11 и гладкой частью 5 диска. Трубы 11 соединяют периферийные части плиты 2 между опорными кольцами 3 с дисками 4 верхней тарелки. Вокруг каждой сливной трубы II коаксиально установлены два кольца: внутреннее 14 и наружное 15, с зазором 16 между внутренним .кольцом 14 и гладкой частью 5 диска 4 и зазором 17 между на|)ужным кольцом 15 и гладкой частью 5 диска 4, причем, нижняя кромка 18 внутреннего кольца 14 расположена ниже нижней кромки 13 сливной трубы И и ниже нижней кромки 19 наруж:ного кольца 15, а верхняя кромка 20 внутреннего кольца 14 расположена выше нижней кромки 13 сливной труi( , :: .

бы II и ниже верхней кромки 21 наружного кольца 15, так что при сливе жидкости через сливную трубу 11 образуется гидрозатвор. Над кольцами 14 и 15 вокруг сливной трубы 11 установлен отбойный диск 22 одинакового диаметра с наружным кольцом 15 и на некотором расстоянии от наружного кольца 15. Сепарационные кольца 9 прикреплены к дискам 4 кронштейнами 23, а кольца 14 и 15 между собой жестко скреплены стержнями 24 и с гладкой частью диска 5 - стержнями 25. В центре колонны установлена сплошная труба 26 для крепления опорных) конструкций тарелок.

Колонна работает следуюшим образом.

Жидкость стекает с периферийных частей цлит 2 верхней тарелки по сливным трубам 11 на гладкую часть 5 дисков 4. При этом жидкость заполняет объем внутреннего кольца 14, часть жидкости проходит через кольцевой зазор 16, остальная часть жидкости перетекает через верхнюю кромку 20 кольца 14 в межкольцевое пространство колец 14 и 15 и через зазор 17 поступает на контактную поверхность диска 4. Таким образом, при сливе жидкости по сливной трубе внутреннее кольцо 14 заполнено жидкостью и сливная труба погружена в жидкость, т. е. обеспечен гидрозатвор, Одйако, при прекращении подачи на диск 4 жидкости последняя будет Полностью стекать с диска 4 и его гладкой части 5, при этом на диске не будут оставаться твердые частицы или продукты полимеризации. Кроме того, при сливе жидкости по сливной трубе 11 и далее через кольцевой зазор 16 кольца 14 и зазор 17 кольца 15 за счет кинетической энергии стекающей жидкости последняя будет двигаться в радиальном направлении диска 4, что будет способствовать значительному уменьшению градиентов высотЬ слоя жидкости в радиальном направлении диска 4 и более равномерному распределению жидкости и газа (пара) по сечению диска 4. Это в конечном итоге приводит, как известно, к Повышению эффективности масёообмейа контактной ступени. Газ (пар) поступает снизу, проходит через прорези 6 с аркоподобными козырьками 7 и с тангенциально направленными осями, отдает часть кинетической энергии поступающей из центра диска 4 жидкости, в результате образуется регулярно вращающийся двухфазный поток на контактной поверхности диска 4, при этом жидкость совершает сложное радиально-кольцевое движение в горизонтальной плоскости от центра к периферии, а газ (пар) - винтообразное движение вверх (направления движения потоков жидкости и газа показаны стрелками).

Вращающийся двухфазный поток отражается от криволинейных отбойных пластцн 8, изогнутых в форме спиралей Архимеда. Происходит дополнительная турбулизация газового (парового) потока, диспергирование жидкости, перекрестные соударения элементарных объемов газа (пара) и жидкости, многократное обновление и увеличение межфазной поверхности, что приводит к интенсификации массообмена в фазах и к повышению эффективности массообмена контактной ступени. Сепарационное кольцо 9 формирует отдельный контактнь1Й элемент вра0щающегося потока, как секцию контактной тарелки, способствует разделению газа (пара) и жидкости, при этом газ (пар) совершает винтообразное движение вверх, а жидкость, отражаясь от стенок сепарационного кольца 9 стекает через кольцевой зазор 10

5 на плиту 2 в пространства между опорными кольцами 3, откуда по сливным трубам 11 стекает в центры дисков 4 нижележащей контактной тарелки и т. д.

Использование принципа секционирова0ния контактной тарелки на отдельные секции с регулярно вращаюшимся потоком позвоЛ5гет по сравнению с барботажным режимом работы существующих секционированных контактных тарелок повысить скорость газа (пара) в 1,5 -2,5 раза без брызгоуноса,

5 что выгодно для колонн больших диаметров. Применение в предложенной конструкции проточных гидрозатворов исключает образование застойных зон, способствует равномерному распределению жидкости по кон0тактной поверхности, уменьшает время пребывания жидкости в гидрозатворе и на контактной тарелке и предотвращает протекание нежелательных процессов при разделении термически нестойких или склонных к полимеризации смесей. Все указанные пре5имущества предложенной конструкции колонны способствуют повыщению эффективности разделения, улучщению чистоты и качества разделяемых продуктов и снижению их себестоимости.

Формула изобретения

по окружности плиты с образованием периферийных пространств, причем, центры .дисков вышележащей тарелки на угол, равный о(. 1, где п количество дисков тарелки, и периферийное пространство, расположенное между дисками верхней тарелки, соединено сливными трубами с центрами дисков нижележащей тарелки с образованием зазора между нижней кромкой сливной трубы и центром диска.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

№ 194764, кл. В 01 D 3/22, 1967 (прототип). m5 4:2. 5 б/ иг.В i2