Тарельчато-насадочная колонна Советский патент 1981 года по МПК B01D53/20 B01D3/32 

1

Изобретение относится к колоннам для проведения ректификации, абсорбции и других скрубберных процессов.

Известен массообменный аппарат, в котором противоточный контакт жидкости с газом или паром осуществляют на элементах регулярной насадки, заключенной в межтарельчатое пространство колонны, тарелки в нем предназначены для перераспределения потоков жидкости и газа по поперечному сечению колонны и фактически не участвуют в массообменном процессе 1.

Из известных массообменных колонн такого типа наиболее близкой по технической сущности является колонна, включающая в себя перераспределительные провальные щелевые тарелки с отбортованными щелями, которые (тарелки) посредством пружин соединены с листами плоскопараллельной насадки. Верхние и нижние витки соединительных пружин, находящиеся в зацеплении с тарелкой и листом плоскопараллельной насадки соответственно, выполнены в виде крючков, расположенных в вертикальной плоскости. Верхние крючки соединительных пружин входят в вертикальные прорези, выполненные в направленных вверх отбортовках щелей провальной тарелки, а нижние - в отверстия, располол енные в верхней части листов плоскопараллельной насадки. Таким образом, каждая пружина касается в одной точке тарелки и в одной - элемента насадки.

Листы плоскопараллельной насадки расположены в межтарельчатом пространстве так, что нижняя кромка каждого листа насадки находится в пространстве между отбортованными щелями, причем эти кромки не касаются поверхности нижележащей тарелки.

Такая конструкция не обеспечивает достаточной равномерности распределения

жидкости по элементам плоскопараллельной насадки и полноты их смачивания, поскольку соединение тарелки с элементами осуществляется в отдельных точках. Данная конструкция предъявляет также

повыщенные требования к изготовлению тарелок, насадки и монтажу колонны: расстояние между листами насадки должны точно соответствовать расстоянию между щелями тарелки. Трудности изготовления

и монтажа значительно возрастают при увеличении диаметра колонны, поскольку в этом случае для обеспечения необходимого взаимного расположения щелей и листов насадки необходимо использование

специальных дистанционных устройств, которые в известном японском патенте не решены.

Известная насадка не дает возможности переоборудовать уже действующие колонны с обычными провальными тарелками для увеличения эффективности последних.

Цель изобретения - повышение равномерности распределения жидкости по элементам регулярной насадки и снижение требований к точности изготовления и сложности монтажа колонны. Кроме того, предлагаемое изобретение дает возможность сравнительно легко переоборудовать уже действующие колонны с провальными тарелками для увеличения эффективности последних.

Предлагаемое изобретение упроидает констрзкцию колонны, улучшает распределение жидкости с тарелки на элементы регулярной насадки. Это достигается тем, что верхний виток каждой пружины выполнен с горизонтальным плоским торцом с возможностью перемещения относительно нижней поверхности тарелки, а нижний конец жестко соединен с элементом регулярной насадки, длина нижнего конца пружины составляет 0,5-1,0 периметра верхней кромки регулярной насадки. Нижний конец каждой пружины по форме соответствует конфигурации верхней кромки регулярной насадки, и его диаметр не превышает диаметра насадки, диаметр верхнего витка каждой пружины больше ширины щели вышележащей тарелки. Насадка выполнена в виде труб и в виде плоскопараллельных пластин.

Предложенное устройство легко монтировать, так как элементы регулярной насадки и листы или трубы, расположенные тесным пучком, не должны обязательно находиться каждый под соответствующей щелью или отверстием. Кроме того, оно может быть использовано для переоборудования уже действующих колонн с провальными тарелками путем помещения в межтарельчатое пространство слоев регулярной насадки с уже приваренными к ее верхним кромкам пружинами.

На фиг. 1 показан продольный разрез участка тарельчато-насадочной колонны с вариантом контактного устройства, представляющего собой чередующиеся по высоте колонны провальные тарелки и пружины, соединенные с элементами регулярной трубчатой насадки; на фиг. 2 показан продольный разрез участка тарельчато-насадочной колонны с вариантом контактного устройства, представляющего собой чередующиеся по высоте колонны провальные тарелки и пружины, соединенные с листами плоскопараллельной насадки; на фиг. 3 изображен узел жесткого соединения сваркой нижнего витка пружины с элементом регулярной трубчатой насадки и касания верхнего витка пружины, выполненного с горизонтальным торцом, нижней поверхности выщерасположенной провальной тарелки; на фиг. 4 изображен узел л есткого соединения сваркой нижнего конда пружины, выполненного в виде плоского горизонтального стержня, с листом регулярной плосконараллельной насадки и касания верхнего витка пружины, выполненного с горизонтальным торцом, нижней

поверхности выщерасположенной провальной тарелки; на фиг. 5 - то же, пружины смещены; на фиг. 6 показан разрез А-А на фиг. 4; на фиг. 7 - разрез Б-Б на фиг. 5.

Тарельчато-насадочная колонна состоит из обечайки 1, в которой размещены провальные тарелки 2 любой конструкции. В межтарельчатом пространстве расположены элементы регулярной насадки с пружннами 3. Насадки выполнены, например, в виде трубок 4 (см. фиг. 1, 3) или листов плоскопараллельной насадки 5 (см. фиг. 2, 4 и 5). Верхние витки пружин выполнены с горизонтальным торцом 6 (см. фиг. 3-5),

который касается нижней поверхности выщерасположенной тарелки 2. Другой конец 7 пружины жестко соединен с элементом регулярной насадки и выполнен, например, посредством сварки с верхним торцом элемента насадки в виде труб 4 (см. фиг. 1,3), или в виде плоского горизонтального стержня 8, соединенного с верхним торцо.м листа нлоскопараллельной насадки 5 (см. фиг. 2, 4-7). На фиг. 4, 6 и 5, 7 изображены два варианта расположения пружин и листов плоскопараллельной насадки; расположение, показанное на фиг. 4, 6, обеспечивает лучщий контакт пружин с листами плоскопараллельной насадки (общая

длина участков соединения равна периметру верхней кромки насадки), а расположение, показанное на фиг. 5, 7, при несколько худшем контакте (длина участков соединения равна 0,5 периметра верхней кромки

насадки) дает возможность сблизить листы плоскопараллельной насадки, увеличив, тем самым, эффектив}гасть колонны вследствие уменьшения эквивалентного диаметра каналов насадки. Нижний конец кажДой пружины но форме соответствует конфигурации верхней кромки регулярной насадки, а по размеру не превышает диаметра пружины, диаметр верхнего витка каждой пружины превышает диаметр отверстия или ширину щели вышележашей тарелки.

Тарельчато-насадочная колонна работает следующим образом. Жидкость из барботажного слоя на тарелке 2 проходит противотоком газу (пару) сквозь отверстия этой тарелки и, вследствие капиллярного эффекта, попадает на верхние витки пружины 3, которые равномерно касаются нижних поверхностей выщележащих тарелок. С пружин жидкость

равномерно распределяется по поверхности элементов регулярной насадки: трубчатой, плоскопараллельной или любой другой (на фигурах непоказанной). Равномерность распределения жидкости по элементам регулярной насадки повышается из-за того, что пружины 3 касаются нижней поверхности вышележащей провальной тарелки 2 поверхностью плоского горизонтального торца 6 верхнего витка, а длина участков соединения нижних концов пружин с элементами регулярной насадки, например, посредством сварки, составляет 0,5-1,0 периметра верхней кромки регулярной насадки, причем конфигурация нижнего конца пружины по форме соответствует верхней кромки регулярной насадки.

Пример. Гидродинамические испытания известного и предложенного устройств проводят на колонне диаметром 70 мм с стеклянными стенками, снабженной одной провальной тарелкой, изготовленной из органического стекла, толщиной 2 мм; в тарелке выполнено 5 щелей; ш:ирина каждой щели 5 мм. Каждая щель снабжена вертикальными отбортовками из органического стекла толщиной 2 мм, высота каждой отбортовки 5 мм. В отбортовке выполнено 7 вертикальных прорезей глубиной 2 мм. Лист плоскопараллельной насадки шириной 68 и толщиной 1,0 мм изготовлен из стали 12-18Н10Т. Высота листа 380 мм. В верхней кромке листа выполнены 7 отверстий под крючки пружин. Пружины наружным диаметром 10 мм выполнены из стальной проволоки 12-18П10Т толщиной 1,0 мм. Лист подвешивает точно под щелью на пружинах, нижние крючки которых входят в отверстия листа, а верхние попеременно зацепляются за прорези в отбортовках по обе стороны щели. Опыты проведены на противоточной системе вода - воздух. Равномерность распределения орощения оценивается визуально.

Во втором варианте семь описанных выще пружин приварены к верхней кромке листа своими нижними концами, выполненными в виде плоского горизонтального стержня, длина которого равна наружному диаметру (см. фиг. 4-7). Верхний виток каждой пружины выполнен с горизонтальным плоским торцом и касается нижней поверхности провальной тарелки. В опытах используются как круглодырчатая, так и щелевая провальные тарелки. Вертикально расположенный лист насадки устанавливается в опытах как непосредственно под самой длинной щелью, так и под любым углом к ней перпендикулярно к плоскости тарелки. Равномерность распределения орощения по листу регулярной насадки также как и в первом варианте конструкции (по японскому патенту - прототипу) оценивается визуально. Нагрузки по воде и воздуху изменяются в следующих пределах: вода 20-300 л/час, воздух 0-40 мз/ч.

Сравнение результатов испытаний известного и предложенного устройств показывает значительно лучшее распределение орошения по элементу регулярной насадки в предложенном устройстве по сравнению с известным. В известном устройстве при различных нагрузках по газу и жидкости

жидкость стекала по листу регулярной насадки преимущественно в виде не сливающихся друг с другом по высоте листа струй. Сливание струй возникает только при нагрузках по жидкости более 280 л/ч.

В предложенном тарельчато-насадочном устройстве практически во всем диапазоне нагрузок по жидкости вся поверхность листа смочена, причем пленка жидкости во всех местах листа имеет виз ально примерно одну же толщину. Лишь при нагрузках по жидкости менее 30 л/ч равномерность орощения листа несколько ухудшается. Отметим также, что при использовании щелевой провальной тарелки в предложенном устройстве равномерность распределения жидкости по поверхности листа регулярной насадки не зависит от положения листа относнтельно щели провальной тарелки.

Формула изобретения

1.Тарельчато-насадочная колонна, включающая чередующиеся по высоте провальные тарелки, пружины и соединенные с ними элементы регулярной насадки, расположенные под тарелкой, отличающаяся тем, что, с целью улучшения равномерности распределения жидкости по элементам регулярной насадки и снижения требоваНИИ к точности изготовления и сложности монтажа, верхний виток каждой пружины выполнен с горизонтальным плоским торцом с возможностью перемещения относительно нижней поверхности тарелки, а нижний конец пружины л естко соединен с элементом регулярной насадки.

2.Колонна по п. 1, отличающаяся тем, что, длина нижнего конца пружины составляет 0,5-1,0 периметра верхней

кромки регулярной насадки.

3.Колонна по пп. 1 и 2, о т л и ч а ющаяся тем, что, нижний конец каждой пружины по форме соответствует конфигурации верхней кромки регулярной насадки

и его диаметр не превышает диаметра насадки.

4.Колонна по п. 1, отличающаяся тем, что, диаметр верхнего витка каждой пружины больше ширины щели вышележящей тарелки.

5.Колонны по и. 1, отличающаяся тем, что, насадка выполнена в виде труб.

6.Колонна по п. 1, от л ич а ю щ а я с я тем, что, насадка выполнена в виде плоскопараллельных пластин.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Патент США № 3466151, кл. 261-114, 1969.

ipui.J

Фт.1

.

Фиг.- t

фиг. 7