Роторная массообменная колонна Советский патент 1981 года по МПК B01D3/30 

1

Изобретение относится к оборудованию для проведения массообменных процессов между газом и жидкостью, в частности для ректификации под вакуумом веществ, чувствительных к повышенным температурам.

Известна массообменная колонна, содержащая корпус, размещенную в корпусе регулярную орошаемую насадку, выполненную в виде гофрированных сетчатых лент, изготовленных из мелкоячеистой плетеной ткани, а также средства для подвода жидкости к регулярйой насадке. Ленты расположены вертикально и гофры выполнены под некоторым углом к вертикали большое количество лент прижаты одна к другой, образуя цилиндрический блок, называемый насадкой Зульцер. При достаточном орошении эффективность массообмена в колонне с насадкой Зульцер очень высока и составляет 5-10 теоретических тарелок на 1 м высоты насадки Til

Однако при уде 1ьной плотности орошения насадки менее 0,8 м /м-ч пленка жидкости на поверхности насадки разрывается и эффективность насадки резко уменьшается. При вакуумной ректификации с небольшим флегмовым числом, когда удельная плотность орошения насадки часто бывает намного ниже величины 0,8 насадка Зульцер не эффективна (т.е. не работоспособна), вследствие неполного смачивания ее поверхности. При плотностях орошения менее 0,8 полное смачивание поверхности, а следовательно и работоспоfOсобность насадки обеспечивается в массообменных аппаратах с регулярной орвшаемой насадкой, выполненной из отбортованных желобов, расположенных по спирали.

15

По основному авт.св. №203621 известна роторная массообменная колонна, содержащая корпус, размещенные в корпусе контактные ступеньки, выполненные в виде спирали с отогнуты20ми кромками, и средства для подвода жидкости. Между отбортованными спиральными желобами имеются зазоры для прохода газа в поперечном к виткам спирали направлении. Жидкость тачет

-25 в виде пленки под действием центробежшлх сил, возникающих в результате вращения контактной ступени вокруг вертикальной оси. Подобные аппараты сохраняют работоспособность и при

30 значительно меньших плотностях орошения, например, при 0,25 благодаря тому, что весь поток жидкости на контактной ступени течет вдоль сравнительно небольшого числа достаточно узких отбортованных спиралей. Тем самьом обеспечивается полное смачивание ступени, даже небольшим количеством жидкости СзЗ .

Однако в известной колонне недостаточно развита поверхность орошения достигаемая в единице объема колонны что ограничивает повышение ее эффективности.

В известной колонне число теоретических тарелок на 1 м высоты насадки составляет не более четырех. Дальнейшее повышение эффективности этого аппарата при малых плотностях орошения казалось бы можно обеспечить дальнейшим развитием поверхности орошения в единице объема аппарата за счет уменьшения величины зазора между соседними отбортованными витками спирали, но опытные исследования показывают, что уменьшение зазоров до величины порядка 1-3 мм резко снижает коэффициенты массопередачи. Поэтому, несмотря на увеличение поверхности орошения в единице объема контактной ступени, эффективность аппарата все равно не повышается.. При уменьшении зазоров до величины порядка 1-3 мгл имеет место налипание жидкости на обе стенки зазора, при этом недопустимо увеличивается гидравлическое сопротивление аппарата, ухудшается равномерность распределе ния газового.потока в зазорах, за счет чего эффективность массфобмена дополнительно ухудшается.

Полная же замена контактной ступени из спирали на насадку из гофрированных сетчатых лент (насадку Зульцера) при малых плотностях орошения приводит к ухудшению эффективности аппарата.

Цель изобретения - повышение эффективности массообмена при малых плотностях орошения.

Указанная цель достигается тем, что колонна снабжена расположенной между витками каждой спирали гофрированной сетчатой лентой, с гофрами соприкасающимися с поверхностью спирали.

На фиг. 1 изображена колонна, продольный разрез; на фиг. 2 - элемент контактной ступени, вид в аксонометрии; на фиг. 3 - массообменная с контактно.й ступенью, закрепленной на валу, проДЬльный раз.рез; на фиг. 4 - разрез А-А на фиг. на фиг. 5 - массообменная колонна с контактной ступенью, закрепленной на горизонтальном валу, продольный разрез.

Колонна содержит корпус 1 с контактной ступенью 2, выполненной из желобов 3 и имегацей вид сисходящей

спирали или геликоидной поверхности Корпус 1 снабжен патрубком 4 для входе газа, патрубком 5-для выхода газа, патрубком 6 для ввода жидкости и патрубком 7 для вывода жидкости. Контактная ступень 2 имеет вид полого кольцеобразного- пакета, снабженного вверху отражательной перего.родкой 8. Внутрь пакета снизу введен внутренний патрубок 9, являющийся продолжением патрубка 7. В просветах между соседними нитками спирали, образованной желобами 3, расположены ленты 10 из мелкоячеистой проволочной ткани, установленные в руслах желобов 3 (фиг.2). Ленты гофрированы причем гофры расположены поперек желобов 3, т.е. вытянуты от одного кра желоба к другому. Нижние выступы 11 гофр касаются орошаемого днища 12 желоба 3, обеспечивая подъем жидкост вверх по гофрам лент 10 из мелкоячеистой проволочной ткани под действием капиллярных сил.

Контактная ступень 2 может быть неподвижной, в этом случае просветы между соседними желобами 3, а следовательно и гофры лент 10 не должны быть слишком большими, чтобы обеспечить более полное смачивание мелкоячеистой проволочной ткани.

Просветы или зазоры между желобам 3 могут быть увеличены, если контактной ступени сообщить периодические колебания. В этом случае гофры лент 10 имеют большую высоту, так как их лучшее смачивание обеспечивается местным 1 наплывами пленки жидкости, которые возникают за счет волнообразования и других нерегулярностей, генерируемых на поверхности пленки при ее колебаниях. Для того, чтобы контактной ступени 2 можно было сообщить периодические колебания она закреплена на центральном штоке 13, который установлен с возможность ограниченных перемещений в цапфах 14 Контактная ступень 2 может быть жестко связана со штоком 13 посредством ребер 15. Шток 13 должен быть снабжен приводом 16, сообщающим штоку 13 либо вертикальные возвратнопоступательные перемещения по стрелкам СИ , либо возвратно-поворотные (вокруг оси штока) перемещения по стрелкам 5.

В роторных колоннах (фиг. 3 и 4) в вертикальном цилиндрическом корпусе 17 соосно установлен вал 18, на котором смонтированы ступени 19, каяодая из которых представляет собой .регулярную насадку, выполненную из желобов 20, связанных радиальными стержнями 21 с посадочной втулкой 22 Желобы 20 расположены в виде, например, двухзаходной архимедовой спирали, закрученной вокруг вала 18. Ленты 23 из мелкоячеистой проволочной ткани, снабженные гофрами, установлены в руслах желобов 20. Лотки 24, предназначенные для подачи жидкости на жалобы 20, снабжены в днище слив ными отверстиями 25 и расположены под кольцевыми карманами 26 на внутренней поверхности корпуса 17. В днище кольцевых карманов 26 имеются отверстия 27 для слива жидкости на лотки 24. Гофрированные ленты из мелкоячеистойпроволочной ткани могут быть также установлены в контактной ступени, вращающейся вокруг горизонтальной оси (фиг.5). В корпусе 28 в подшипниках 29 установлен горизонтальный вал 30, несущий контактную ступень 31, выполненнуюиз желобов 33, закрученных по архимедовой спирали. Гофрированные ленты 33 из мелкоячеистой проволочной ткани установлены в руслах желобов 32. В корпусе предусмотрены патрубки 34 и 35 для входа и выхода газа и патрубки 36 и 37 для входа и выхода жидкости .

Горизонтальное расположение вала 30 способствует образованию местных наплывов в пленке жидкости, орошающей жалобы 32. Эти наплывы расположены в самых нижних точках каждого витка архимедовой спирали. Желобы 32 связаны радиальными ребрами 38 с полой посадочной втулкой 39, снабженной прорезями 40 для прохода жидкости.

Аппарат {фиг. 1 и 2) работает следующим образом.

Жидкость через патрубок6 попадает на .желобы 3, расположенные в виде геликоидной спирали, и стекает вниз под действием силы тяжести; орошая нижние выступы 11 гофр лент 1

Под действием капиллярных сил ленты 10 пропитываются жидкостью , Особенно эффективно пропитка лент 10 осуществляется, когда контактная ступень 2 подвержена колебаниям по стрелкам q или б . Жидкость стекает с контактной ступени 2 на дно корпуса 1 и выводится наружу через патрубок 7. Газ поступает в аппарат через 4, проникает в центральную часть контактной ступени, далее через зазоры между желобами 3, т.е. вдоль гофр лент 10, проходит в кольцевой промежуток между корпусом 1 и

нас.адкой 2. Через патрубок 5 газ выводится из аппарата.

в аппарате фиг. 3 и 4) газ проходит снизу вверх, пересекая зазоры е между желобами 20, заполненными лентами 23 из мелкоячеистой проволочной ткани. В аппарате (фиг. 3) ленты 33 почти полностью погружаются в жидкость при вращении контактной ступени 31.

0

Предлагаемая колонна позволяет обеспечить высокую эффективность при очень малых плотностях орошения. Например, при ректификации капролактама (с целью его очистки от тяжело5 кипящих примесей в производстве капролактама) применяли двенадцать контактных ступеней при флегмовом числе 0,1 в дистилляте получают 1,2м /ч очищенного капролактама. В колонну

0 в качестве орсяаения {флегмы) подают 1,2Х 0,1 «0,12 капролактама. Так как внутренний диаметр колонны составляет 1,4 м, то удельная плотность орошения 0,08 .

5 Однако размещение гофрированных сетчатых лент между отбортованными спиральными желобами позволяет увеличить число теоретических тарелок с 3 до 5 на 1 м высоты насадки, т.е.

- общая эффективность колонны при. этом

составит 11,5 теоретических тарелок. В итоге повышается качество товарного капролактама.

35

Формула изобретения

Роторная массообменная колонна по авт.св. 1 203621, отличающаяся тем, что, с целью повышения эффективности массообмена при малых плотностях орошения, она снабжена расположенной между витками каждой спирали, сетчатой лентой с гофрами, соприкасающимися с поверхкостью спирали.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1. Коган Б.Б, и др. Оборудование fvta разделения смесей под вакуумом. Л., 1976, с. 89-91,

. 2. Авторское свидетельство СССР W203621, кл. В 01 D 3/30, 02.06.66.

А -Л

33 32 Ъ& S8