Колонна для проведения тепломассообменных процессов Советский патент 1981 года по МПК B01D3/32 

(54) КОЛОННА ДЛЯ ПРОВЕДЕНИЯ ТЕПЛОМАССООБМЕННЫХ ПРОЦЕССОВ

Изобретение относится к колоннам для проведения тепломассообменных процессов между газом и жидкостью, применяемых, в частности, в процессах неизотермической абсорбции, рект фикации, а также испарении и конденсации для обеспече1шя высокой эффективности процессов тепломассообмена при высокой пропускной способности. Известна колонна для проведения тепломассообменных процессов между газом и жидкостью, содержащая пленочные тарелки, причем каждая пленоч ная тарелка изготовлена в виде сплош ного горизонтально расположенного листа с закрепленными на нем вертикальными патрубками, нижние торцы которых расположены ниже поверхности листа. В этих тарелках нижние торцы патрубков для повышения предельных нагрузок газа и жидкости могут иметь косой срез , I J. Однако при работе колонн происходит значительный капельный унос жидкости, а также отсутствует продольное секционирование потока газа в колонне. Наиболее близкой по технической сущности и достигаемому результату к изобретению является колонна для проведения тепломассообменных процессов между газом и жидкостью, содержащая пленочные тарелки в виде сплошного горизонтально расположенного листаже закрепленными на нем вертикальными патрубками, верхние горизонтальные торцы которых выступают над листом, а нижние - ниже листа и могут иметь косой срез. При этом поверхности срезов выполнены эквидистантными. Жидкость в данной колонне течет преимущественно в виде пленки, как по горизонтально расположенным лисг там пленочных тарелок, так и сверху вниз по внутренним поверхностям вертикальных патрубков 2. Однако при переходе жидкости с вышележащей тарелки на нижележащую происходит разрыв пленки жидкости. При противоточном движении газа и жидкости в колонне газ разбрызгивает струю жидкости, образующуюся в местах разрыва пленки, а именно в местах стока жидкости в виде струи при ее переходе с нижних торцов патрубков вышележащей тарелки на горизонтальный лист нижележащей. Образующиеся при разбрызгивании капли жидкости уносятся вверх потоком газа. Это приводит к значительному капельному уносу жидкости и, следовательно, к снижению предель ных нагрузок газа и жидкости в колон не, а также к уменьшению эффективнос ти процессов тепломассообмена за сче снижения движущей силы процесса на вышележащей тарелке. Кроме того, в данной конструкции отсутствует продольное секционирование потока газа в колонне,- которое препятствует физическому моделированию данной колонны и обуславливает наличие существенного эффекта масшта ного перехода. Целью изобретения является уменьш ние капельного уноса жидкости и обес печение продольного секционирования потока газа в колонне. Это достигается тем, что нижние торцы патрубков вышележащей тарелки расположены ниже верхних торцов патрубков нижележащей тарелки, патрубки на соседних тарелках развернуты один относительно другого на . Благодаря этому предотвращается разрыв пленки жидкости при переходе жидкости в вышележащей тарелки на ни жележащую и тем самым ликвидируются струи жидкости ( при переходе с тарел ки на тарелку, имеющие место в извес ной колонне) и, как следствие этого, предотвращается разбрызгивание потоком газа этих струй и капельный унос жидкости. На фиг.1 изображена колонна с пле ночными тарелками, снабженными верти кальными naTpy6KaNw, поверхности сре зов которых вьтолнены эквидистантными и представляют собой параллельные поверхности, продольный разрез; на фиг.2 - то же, срезы патрубков представляют собой криволинейные поверх4ности; на фиг.З - разрез А-А на фиг.1 и 2. Колонна содержит корпус 1, в котором закреплены пленочные тарелки 2 и 3. Каждая пленочная тарелка выполнена из сплошного горизонтально расположенного листа 4 с закрепленными на нем в.ертикапьными патрубками 5, верхние горизонтальные торцы 6 которых выступают над листом 4, а нижние торцы 7 расположены ниже ; 1иста 4 и имеют косой срез, причем поверхности срезов выполнены эквидистантными. Нижние торцы 7 патрубков 5 вьш1ележащей тарелки 3 расположены ниже верхних торцов 6 патрубков 5 нижележащей тарелки 2, а патрубки 5 на соседних тарелках 2 и 3 соответственно повернуты один относительно другого на 180. Колонна работает следующим образом. Жидкость из распределителя орошения (не показан} подается на горизонтальный лист 4 вьш1ележащей тарелки 3 и движется по нему в виде пленки, которая через верхние горизонтальные торцы 6 патрубков 5 равномерно распределяется по внутренним поверхностям сверху вниз под действием силы тяжести в виде пленки на сплошной горизонтальный лист 4 нижележащей тарелки 2. По нижележащей тарелке 2 жидкость движется описанным выше способом, Вследствие того, что нижние торц}Л 7 патрубков 5 вьипележащей тарелки 3 расположены ниже верхних торцов 6 патрубков 5 нижележащей тарелки 2, торцы 7 опущены в горизонтальнук пленку жидкости нижележащей тарепки 2. Это приводит к тому, что жидкость движется по тарелкам предлагаемой колонны только в виде пленки, которая нигде не разрывается. В результате этого капельный унос жидкости встречным потоком газа в значительной мере уменьшается, что приводит к существенному повышению предельных нагрузок жидкости и газа. Газ поступает в нижнюю часть корпуса 1 колонны и движется противотоком к жидкости. Предлагаемая колонна становится состоящей как бы из множества одиночных элементов. Промышленную колонну такой конструкции можно с достаточной степенью точности физически моделировать.

Пример . Определение предельных нагрузок по жидкости и газу|При которых наблюдается интенсивный капельный унос, проводят на модельной установке с колонной из стали 12X18 НцОТ диаметром 0,5 м при атмосферном давлении на средах вода - воздух. Нагрузки по воде поддерживают в пределах 0,041,20 кг/МС (в данном случае в качестве дпины в метрах берется сумма периметров патрубков на одной тарелке, нагрузки по воздуху - в пределах, соответствующих числам Rdj. 2000-14000.

Dp - WrdaKPr ®гЛ,

где W - скорость воздуха в патрубках пленочной тарелки;

эквивалентньв гидравхшческий диаметр патрубков пленочной тарелки;

Рг - плотность воздуха;

р- динамическая вязкость.

При испытаниях измеряют расход жидкости и газа (ротаметрами типа PC падение давления газового потока при его прохождении сквозь пленочные тарелки с помощью U-образного водяного дифманометра). В каждом опыте . устанавливают определенную нагрузку по жидкости из указанных пределов и плавно увеличивают расход газа до наступления капельного уноса. Момент капельного уноса регистрируют как визуально, так и по скачку давления, фиксируемому U-образным дифманометром.

При каждой определенной нагрузке по жидкости в момент капельного унос фиксируют соответствующие нагрузки по газу.

Испытывали колонну, содержащую четыре пленочные тарелки, каждая в виде сплошного горизонтально расположенного листа толщиной 0,005 м с закрепленными на нем вертикальными патрубками 25x2 мм в количестве 115 штус шагом 0,04 м, верхние горизонтальные торцы которых выступают над листом, а нижние - расположены ниже листа и имеют косой срез, причем поверхности срезов выполнены эквидистантными, нижние торцы патрубков вышележащей тарелки расположены ниже верхних торцов патрубков нижележащей тарелки и патрубки на соседних тарелках повернуты один относительно другого на

180°.

Анализ полученных экспериментов показал, что при каждой фиксированной нагрузке по жидкости, предельные iнагрузки по газу, при которых наблю- . дается интенсивный капельный унос, в предпагаемой колонне на 20-30% выше по сравнению с соответствующими нагрузками в известной колонне.

Формула изобретения

Колонна для проведения тепломассообменных процессов между газом и жидкостью, содержащая корпус и рас оложенные по вь)соте пленочные тарелки в виде сплошного горизонтально расположенного листа с закрепленными на нем вертикальными патрубками, верхние горизонтальные торцы которых расположены над листом, а нижние - ниже листа и имеют косой срез, при этом поверхности срезов вьтолнены эквидистанпшми, отличающаяся тем, что, с целью уменьшения капельного уноса жидкости и обеспечения продольного секхщонирования потока газа в колонне, нижние торцы патрубков вышележащей тарелки расположены ниже верхних торцов патрубков вджележащей тарелки, и патрубки на соседних тарелках развернуты один относительно другого на 180 . Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

2,Патент Великобритании

№ 879270, кл. 55 2,0 , 1961.

Фи2.1