Тарелка для массообменных колонн Советский патент 1984 года по МПК B01D3/20 B01D3/30 

Изобретение относится к контактн устройствам для систем газ (пар) жидкость, используемым в ректификационных, дистилляционных, абсорбционных, промывных и контактных верти кальных колоннах, в которых жидкост движется сверху вниз и контактирует с газом (паром), поднимающимся по колонне вверх, причем в жидкой фазе имеются твердая фаза или продукты полимеризации. Известна струйная тарелка для массообменных колонн, включакицая основание с тангенциально направлен ными элементами для прохода газа (пара), отбойники, кольцевые карман со сливными трубами и гидрозатвор С 1 3. Недостатком этой тарелки являетс наличие застойных зон в зоне гидрозатвора, в которых накапливается твердая фаза. Известна также струйная тарелка для массообменных колонн, включающа горизонтальную круглую плиту с тангенциально направленными арочными прорезями для прохода газа (пара), расположенными по концентрическим окружностям, вертикальные криволинейные лопатки в форме спирали Архи меда, установленные на плите и изогнутые в сторону открытия арочных прорезей, сливгале устройства дл слива жидкости с верхней на нижнюю тарелку со сливным карманом и кольц вой гидрозатвор, выполненный из концентрично р)асположенных вокруг слиёных труб цилиндрических колец, установленных с зазором относительн основания тарелки, увеличивающимся к наружному кольцу С 23. При высоких скоростях газа (пара и интенсивном вращении двухфазного потока уменьшается вра«1я пребывания жидкости в контакте с газом (паром) в периферийной части тарелки, что приводит к снижению эффективности массообмена. Кроме того, требуется много сливных труб, которые перекры вают поперечное сечение колонны и имеют большую металлоемкость. Целью, изобретения является интен сификация массообмена между фазами во вращающемся двухфазном потоке за счет увеличения времени пребывания жидкости в контакте с газом (паром) в периферийной части тарелки. 9 Это достигается тем, что центр кольцевого гидроза вора смещен по отношению к центру тарелки в сторону, противоположную расположения кармана на 0,05-0,1 диаметра тарелки. Целесообразно тарелку снабжать сеперационным кольцом, установленным коаксиально кольцевому гидрозатвору; карман выполнен в виде сегмента с расширяющимся сверху вниз сечением, соединенным основанием с верхней кромкой сливной трубы. На фиг. 1 изображена часть колонны со струйными 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.2; на фиг. 5 - разрез Г-Г на фиг. 1; на фиг. 6 - разрез Д-Д на фиг. 1; на фиг. 7 - разрез Е-Е на фиг. 6; .на фиг. 8 - разрез Ж-Ж на .фиг. 2. В колонне 1 установлены одна над другой струйные тарелки, содержащие горизонтальные круглые плиты 2 с тангенциально направленными прорезями 3 для прохода газа (пара) с аркоподобными козырьками 4 и расположенными по концентрическим окружностям вокруг центра кольцевого гидрозатвора на тарелке вертикальные криволинейные лопатки 5 в форме спирали Архимеда, установленные на плите тарелки и изогнутые в сторону открытия п1Уорезей 3 с аркоподобными козырьками 4, карман 6 в виде сегмента, расширяющийся сверху вниз, с нижним основанием 7, сливную трубу 8 с верхним 9 и нижним 10 отверстиями для слива жидкости со сливного кармана 6 в центр кольцевого гидрозатвора нижележащей тарелки с затвором 11 между нижней кромкой сливной трубы 8 и плоскостью плиты 2 тарелки для прохода жидкости. Над плитой 2 коаксиально по отношению к центру кольцевого гидрозатвора и по отношению к оси сливной трубы 8 установлено сепарационное/кольцо 12 с зазором 13 между нижней кромкой 14 кольца 12 и плоскостью плиты 2 для прохода жидкости. Кольцевой гидрозатвор представляет собой концентрические расположенные вокруг сливной трубы 8 два кольца: внутреннее 15 и наружное 16 с зазором 17 между нижней кромкой 18 внутреннего кольца 15 и плоскостьк плиты 2 и с зазором 19 между нижней кромкой 20 наружного кольца 16 и 3 плоскостью плиты 2, причем нижняя кромка 18 внутреннего кольца 15 рас положена ниже нижней кромки сливной трубы 8 и нижней кромки 20 наружног кольца 16, а верхняя кромка 21 внут реннего кольца 15 расположена, выше нижней кромки сливной трубы 8 и ниж верхней кромки 22 наружного кольца 16 так, что при сливе жидкости через сливную трубу 8 образуется гидрозатвор. Над кольцами 15 и 16 вокруг сливной трубы 8 установлен горизонтальный отбойный диск 23 оди накового диаметра с наружным кольцо 16 и на некотором расстоянии от Bep ней кромки 22 наружного кольца 16. Кольца 15 и 16 между собой жестко скреплены пластинами 24 и с плитой 2 - стержнями 25, а сеперационное кольцо 12 прикреплено кронштейнами 26 к плите 2. Сливной карман 6 обра зован корпусом колонны 1, нижним ; основанием 7 и двумя наклонными боковы ми стенками 27 . Необходимо, чтобы одна из спиралей Архимеда 5 примыкала к краю сливного сегментного кармана п направлению вращения двухфазного потока на тарелке. Жидкость на саму верхнюю тарелку подается через труб с кольцевым гидрозатвором(не показан) а подача жидкости на промежуточные тарелки осуществляется непосредстве но в сливные сегментные карманы (на зертеже не показаны). Тарелка работает следующим образом. Жидкость стекает по сливной трубе 8 и заполняет внутренний объем внутреннего кольца 16, часть жидкости (половина) проходит через кольцевой зазор 19, остальная часть жидкости протекает через верхнюю кромку 22 коль ца 16 и, отражаясь от пробойного писка 23, стекает в межкольиевое поостоанство колец 15 и 16 и чеоез зазоо 19 стекает на плиту 2. Таким обоазом, в УСЛОВИЯХ работы внутвеннее кольцо 15 бупет заполнено жидкостью, и сливная тоуба .8 и ее нижнее отверстие 10 будут погружены в жипкость, т.е. булет обеспечен гид оозатвоо. Олнако пои прекращении попачи на тарелку жилкости последняя полностью стекает с плиты 2, ПРИ зтом не бупут оставаться также тверд частиць или продукты полимеризации. Газ (пар) поступает снизу тарелки через прорези 3 с аркоподобными козырьками 4, проходит в жидкость. 9 стекающую на плиту 2 через сливную трубу 8 с кольцевым гидрозатвором, отлает жидкости часть кинетической энергии, в результате образуется регулярно вращающийся двухфазовый поток в горизонтальной плоскости. Жидкость совершает радиально-кольцевое движение в горизонтальной плоскости от центра к периферии, а газ (пар) винтообразное движение вверх, под вьшележащую тарелку и т.д. Вращающийся двухфазовый поток отражается от криволинейных лопаток в форме спирали Архимеда 5, в результате происходит турбулизация газового (парового) потока, диспергирование жидкости, перекрестные соударения элементарных объемов газа (пара) и жидкости, что приводит к интенсификации массообмена в фазах и к повышению эффективности массообмена контактной тарелки. С .помощью сепарационного кольца 12 ||0рмируется регулярно в.ращающийся поток на плите 2: жидкость совершив радиально-кольцевое движение от центра кольцевого гидрозатвора к стенкам сепарационного кольца 12 под действием центробежных сил, перетекает через зазор между кольцом 12 и плитой 2 на периферийную часть тарелки, а газ (пар) совершает винтообразное движение вверх, отделившись от жидкости. За счет установки сепарационного кольца 12 обеспечивается увеличение скорости газа (пара) без брызгоуноса. За счет высокой радиальной окружной скорости жидкости, последняя продолжает движение у стенки колонны на плите 2 под действием перекрестных ударов газа (пара), поднимающегося вверх, что приводит к образованию дополнительной высокотурбулизированной межфазной поверхности. При этом значительно повыщается эффективность массообмена контактной ступени. Жидкость многократно сокращает вращательное движение в периферийной части тарелки у стенки колонны и при накоплении непрерывно стекает в сливной карман 6, отражаясь от криволинейной лопатки 5 в фор-ме спирали Архимепа, находящейся у края сливного сегментного кармана. Из сливного сегментного кармана 6 жидкость стекает по сливной трубе 8 в центр кольцевого гидрозатвора нижележащей тарелки. Так как сечение сливного сегментного кармана 6 уреличивается гверху вниз, то этим самым уменьшается смещение центра входного отверстия 9 сливной трубы 8 по отношению к центру выходного отвер-стия 10 сливной трубя 8. При этом 5 рабочая площадь плиты 2 увеличивается.

Предложенная тарелка за счет увеличения рабочей контактной площади

обеспечивает высокие скорости по газу (пару) соответствующие фактору скорости на полное сечение колонны 3,3-3,5 и за счет увеличения сечения колонны позволяет повысить нагрузки по жидкости на полное сечение колонны 70100 .

1. ТАРЕЛКА ДЛЯ МАССООБМЕННЫХ колонн, включающая горизонтальную круглую плиту с тангенциально направленными арочными прорезями для прохода газа (пара), расположенными по концентрическим окружностям, вертикальные криволинейные лопатки в форме спирали Архимеда, установленные на плите и изогнутые в сторону открытия арочных прорезей, сливные устройства для слива жидкости с верхней на нижнюю тарелку со сливным карманом, кольцевой гидрозатвор. выполненный из концентрически расположенных вокруг сливных труб цилиндрических колец, установленных на расстоянии относительно круглой плиты тарелки, увеличивающимися к наружному кольцу, отличающаяся тем, что, с цзлью интенсификации массообмена между фазами во вращающемся двухфазном потоке за счет увеличения времени пребывания жидкости в контакте с газом (паром) в периферийной части тарелки, центр кольцевого гидрозатвора по отношению к центру тарелки в сторону, противоположную расположению кармана на .0,05-0,1 диаметра тарелки. 2.Тарелка для массообменных колонн по п. 1,отличающая с я тем, что она снабжена сепарационным кольцом, установленным коаксиально кольцевому гидрозатвору. 3. Тарелка для массообменных 00 4 колонн попп. 1и2отличающ а я с я тем, что карман выполнен сл в виде сегмента с расширяющимся 00 сверху вниз сечением, соединенным о со основанием с верхней кромкой сливной трубы.

Газ (пар)

ЖидФш.2

/

рстяI

Г-Г

Фиг.4

Фиг. 5

Фиг.6

Е-

в