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

l/f.f t Изобретение относится к контактным устройствам для систем газ (пар жи1дкость, используегчых в ректификационных, дистилляционных, абсорбционных и промывных колоннах, в которых жидкость движется сверху вниз и контактирует с газом (паром), подни мающимся по колонне вверх, где требуется обеспечить эффективный контакт между газом (паром) и очень большими количествами жидкости и в жидкой фазе имеются твердые частицы или продукты полимеризации. Известна тарелка для массообменных колонн, включающая горизонталь.ную круглую плиту с тангенциально направленными арочными прорезями дл прохода газа (пара), расположенными по кояцентрическим окружностям, вертикальные криволинейные лопатки. п форме спирали Архимеда, установлен- иые па плите и изогнутые в сторо ну открытия арочных прорезей, сливн устройство для слива жидкости с вер ней на нижнюю тарелку со сливным ка маном, выполненным в виде сегмента расширяющимся сверху вниз сечением, соеди {енн1фт основанием с верхней кромкой сливной трубы, кольцевой гидрояатвор, выполненный из концент рически расположенных вокруг сливной трубы цилиндрических колец, установленных на расстоянии относител но круглой плиты тарелки, увеличива ющимся к наружному кольцу, сепарационное кольцо, установленное коакс ально кольцевому гидрозатвору и рас положенное на расстоянии относитель но круглой плиты тарелки, причем центр кольцевого гидрозатвора смещен по отношению к центру тарелки в сторону противоположную расположению сегментного кармана на 0,050,1 диаметра тарелки Г1 Известная, тарелка для массообмен ных колонн работает следующим образок. Ж1щкость стекает по сливной трубе .и заполняет внутренний объем внутреннего кольца, часть жидкости (половина) проходит в зазор между внутренним кольцом и плитой, осталь ная част; жидкости протекает через верхнюю кромку наружного кольца в пространство между наружным и- внутренним кольцом и через зазор между наружным кольцом и плитой стекает ла плиту тарелки. Таким образом, в условиях работы внутреннее кольцо будет заполнено жидкостью, и нижнее 32 отверстие сливной трубы будет погружено в жидкость, т.е. будет обеспечен гидрозатвор. Однако, при прекращении подачи на тарелку жидкости последняя полностью стекает с плиты и при этом не будут оставаться также твердые частицы или продукты полимеризации. Газ (пар) поступает снизу тарелки через прорези с аркоподобными козырьками, проходит в жидкость, стекающую на плиту через сливную трубу с кольцевым гидрозатвором, отдает жидкости часть кинетической энергии, в результате образуется регулярно вращающийся двухфазный поток в горизонтальной плоскости. Жидкость совершает радиально-кольцевое движение в горизонтальной плоскости от центра к периферии, а газ (пар) - винтообразное движение вверх, под вышележащую тарелку и Т.д. Вращающийся двухфазный поток отражается от криволинейных лопаток в форме спирали Архимеда, в результате происходит турбулизация газового (парового) потока, дцспергирование 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 формируется регулярно вращающийся двухфазный поток на плите тарелки: жидкость, совершив радиально-кольцевое движение от центра кольцевого гидрозатвора к стенкам сепарационного кольца под действием центробежных сил, перетекает через зазор между сепарационным кольцом и плитой на периферийную часть тарелки, а газ (пар) - отделившись от жидкости, совершает винтообразное движение вверх внутри сепарационного кольца. За счет установки сепарационного кольца обеспечивается увеличение скорости газа (пара) без брызгоуноса. Благодаря высокой радиальной и окружной скорости жидкости последняя продолжает движение у стенки колонны на плите тарелки под действием перекрестных ударов газа (паря), поднимающегося вверх, что приводит к образованию дополнительной высокотурбулизированной межфазной поверхности, за счет чего значительно повышается эффективность массообмена контактной ступени. Жидкость, совершает вращательное движейне, накапливаясь в периферийной части тарелки у стенки колонны, непрерывно стекает в сегментный сливной карман. Из сегментного сливного кармана жидкость стекает по сливной трубе в центр кольцевого гидрозатвора нижележащей тарелки. Так как сечение сегментного сливного кармана увеличивается свер ху вниз, то этим самым уменьшается смещение центра входного отверстия сливной трубы по отношению к центру выходного отверстия сливной трубы. При этом также увеличивается рабочая площадь плиты тарелки. Несмотря на большие преимущества данной конструкции тарелки, она име ет некоторые недостатки, заключающиеся в том, что при очень больших нагрузках по жидкости порядка 80100 и вьшю в самом узком кольцевом сечении между стенками колонны и сепарационного кольца в диаметрально противоположном направ лении по отношению к сегментному ка ману накапливается большой объем жидкости на полпути ее движения от сегментного кармана, что приводит к замедлению и нарушению регулярного вращения жидкости на пути ее дви жения у стенки колонны к сегментном сливному карману, приводящему к бар ботажному режиму работы, замедлению скорости вращения жидкости, образованию высокого слоя пены непосредственно перед сливом ясидкости в сег ментный сливной карман, захлебьшанию тарелки, характерному для барботажных тарелок при скоростях газа (пара) и жидкости, при которых стру ные тарелки работают нормально, без брызгоуноса, а в сливные устройства которых стекает осветленйая жидкость, без пены вследствие четкого разделения фаз в поле центробежных сил. Целью изобретения является интен сификация массообмена между фазами за счет равномерного распределения жидкости в периферийной части тарелки, ликвидации застоя ее, равномерное распределение ее во вращающемся двухфазном потоке в условиях очень больших нагрузок по жидкости порядка 80-100 м/м.ч и выше. Поставленная цель достигается тем что шшта тарелки снабжена рас положенньм у стенки сливным каналом с увеличивакхцимся сечением в prappi З4. сливного кармана. Сечение увеличивается за счет уклона основания и увеличения ширины канала по направлению вращения потока, начинающимся в точке, расположенной в диаметрально противоположном направлении от сегментного сливного кармана, и заканчивающимся у стенки сегментного сливного кармана, предназначенной для слива жидкости с тарелки. На фиг. 1 изображена часть колонны со струйными тарелками, вертикальный разрез; на фиг. 2 - то же, сечение А-А на фиг. 1; на фиг. 3 - то же, разрез Б-Б на фиг. 2; на фиг.4 то же, разрез В-В на фиг. 2; на фиг. 5 - то же, сечение Г-Г на фиг.1; на фиг. 6 - сечение Д-Д на фиг. 2 в увеличенном размере; на фиг. 7 то же, разрез Е-Е на фиг. 6; на фиг. 8 - то же, разрез Ж-Ж на фиг. 2; на фиг. 9, - то же, разрез Д-Д на фиг. 2. Колонна 1 содержит корпус 2 (фиг. 1,2), установленные одна над другой струйные тарелки, содержащие горизонтальные круглые плиты 3с тангенциально направленными прорезями 4 (фиг. 3,4) для прохода газа (пара) с аркоподобными козьфьками 5 и расположенными по концентрическим окружностям вокруг центра кольцерого гидрозатвора на тарелке, вертикальные криволинейные лопатки 6(фиг. 1,2) , в форме спирали Архимеда, установленные на плите тарелки и изогНутые в сторону открытия прорезей 4 с аркоподобнй ми козырьками 5, сегментный карман 7, расширяющийся сверху вниз, с нижним основанием 8{фиг. 1, 2,5), сливную трубу 9 с верхним 10 и нижним 11 отверстиями для слива жидкости со сливного кармана 7 в центр кольцевого гидрозатвора нижележащей тарелки с зазором 12 между нижней кромкой сливной трубы 9 и плоскостью плиты тарелки для прохода жидкости, над плитой 3 тарелки (фиг. 1,2) коаксиально по отношению к центру кольцевого гидрозатвора и по отношению к оси сливной трубы 9 установлено сепарационное кольцо 13 с зазром 14 между нижней кромкой 15 кольца 13 и плоскостью плиты 3 для прохода жидкости. Кольцевой гвдрозатвор представляет собой концентоичеАи расположенные вокруг сливной трубы 9 два кольца, внутреннее 16 и наружное 17 (фиг. 6,7), с зазором 18 5 между нижней кромкой 19 внзтреннего кольца 16 и плоскостью плиты 3 тарелки, и с зазором 20 между нижней кромкой 21 наружного кольца 17 и плоскостью плиты 3 тарелки, причем нижняя кромка 19 внутреннего кольца 16 расположена ниже нижней кромки слиьной трубы 9 и ниже нижней кромки 21 наружного кольца 17, а верхняя кромка 22 внутреннего коль ца 16 расположена вьше нижней кромки сливной трубы 9 и ниже верхней кромки 23 наружного кольца так, что при сливе жидкости через сливную трубу 9 образуется гидрозатвор. Над кольцами 16 и 17 вокруг сливной трубы 9 установлен горизонтальный обойный диск 24 (фиг. 1, 2) одинакового диаметра с наружным кольцом 17 и на некотором расстоянии от верхпей кромки 23 парзокного кольца 17. КолоГ1;а 16 и 17 между собой жестко . скреплены пластинами 25 и с плитой 3 тарелки - стержнями 26, а сепарационное кольцо 13 прикреплено кронштейнами 27 к плите 3 тарелки. Сегментный сливной карман 7 (фиг.1, 2,5,8) образован корпусом 2 колонны 1, НИЖНТО.1 основанием 8 и двумя накг лонными боковыми стенками 28. Центр кольцевого гидрозатвора со сливной трубой 9 смещен по отношению к центру круглой плиты 3 тарелки в с орону, противоположную расположению сегментного сливного кармана 7 на 0,05-0,1 диаметра тарелки. В точке, расположенной в диаметрально противоположном направлении по отношению Л сегментному сливному карману 7 (фиг. 2), начинается сливной канал, образованный с .одной стороны стенкой колонны 1, а с другой стороны боковой стенкой 29, а.также основанием 30 (фиг. 9), имеющим наклон в сторону направлен 1я вращения двухфазного потока на тарелке, так что сечение сливного канала увеличивается за счет наклона основания 30 и увеличения ширины канала, расстояния меЛду стенками колонны 1 и боковой стенкой 29 в сторону направления вращения потока на тарелке. Сливной канал при мыкает к стенке 28 сегментного сливного кармана, куда стекает жидкость по сливному каналу. Жидкость на самую верхнюю тарелку подается через трубу с кольцевым гидрозатвором, а подача жидкости на промежуточные тарелки осуществляется непосредственно 36 в сливные сегментные карманы (не показано) . Тарелка работает следующим образом. Жидкость стекает по сливной трубе 9 (фиг. 1) и заполняет внут-. ренний объем внутреннего кольца 16 (фиг. 1,2,6,7), часть жидкости (половина) проходит через кольцевой зазор 18, остальная часть жидкости протекает через верхнюю кромку 22 кольца 16 и, отражаясь от отбойного диска 24, стекает в межкольцевое пространство колец 16 и 17 и через зазор 20 стекает на плиту 3 тарелки. Таким образом, в условиях работы внутреннее кольцо 16 будет заполнено жидкостью и сливная труба 9 и ее нижнее отверстие 11 будет погружено в жидкость, т.е. будет обеспечен гидрозатвор. Однако, при прекращении подачи на тарелку жидкости последняя полностью стекает с плиты 3тарелки, при этом не будут оставаться также твердые частицы или продукты полимеризации. Газ (пар) поступает снизу тарелки через прорези 4с аркоподобными козырьками 5 . (фиг. 1,2,3,4) с тангенциально направленными осями, проходит в жидкость, стекающую на плиту 3 через сливную трубу 9 с кольцевым гидрозатвором, отдает Жидкости часть кинетической энергии, в результате образуется регулярно вращающийся двухфазный поток в горизонтальной плоскости, жидкость совершает радиальнокольцевое движение в горизонтальной плоскости от центра к периферии, а газ (пар) - винтообразное движение вверх под вышележащую тарелку и т.д. Вращающийся двухфазный поток отражается от криволинейных лопаток 6 в форме спирали Архимеда, 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 сепарациониого кольца 13 формируется регулярно вращающийся двухфазный поток на плите 3 тарелки, жидкость/совершив радиально-кольцевое движение от центра кольцевого гидрозатвора к стенкам сепарационного кольца 13 под действием центробежных сил, перетекает через зазор между кольцом 13 и плитой 3 на периферийную часть плиты 3 тарелки, а газ (пар) совершает вин тообразное движение вверх, отделившись от жидкости. За счет установки сепарационного кольца 13 обеспечивается увеличение скорости газа (пара) по сравнению с барботажными тарелками без брызгруноса. За счет высоких радиальной и окружной скоростей жидкости последняя продолжает движение у стенки колонны на плите 3 тарелки под действием перекрест ных ударов газа (пара), поднимаю-, щегося вверх, что приводит к образованию дополнительной высокотурбулизированной межфазной поверхности, в результате чего также значительно повьппается эффективность массообмена контактной ступени. Жидкость многократно совершает вращательное движение в периферийной части тарелки у стенки колонны и стекает в сегментный сливной карман 7 и по сливной трубе 9 в центр кольцевого гидрозатвора нижележащей тарелки. По мере движения жидкости от одной стороны сегментного сливного карман 7 к другой количество Ж1вдкости в пе риферийной части плиты 3 тарелки у .стенки 2 колонны 1 увеличивается вследствие стекания ее с плиты 3 тарелки. Поэтому с половины пути движения жидкости от одной к другой стенки сегментного сливного кармана I жидкость стекает в сливной канал (фиг.2,9),образованный стенкой колонный ,боковой стенкой 29 и основанием 30 имеющим наклон в сторону слива жидкости. Сечение сливного канала увеличивае-цся в сторону направления вра щения двухфазного потока на тарелке для обеспечения прохождения по кана лу увеличивающегося объема жидкости стекающей с плиты 3 тарелки в направлении движения жидкости к сегментному сливному карману. Вследствие наличия сливного канала переменного сечения в периферийной части тарелки не происходит накопления жидкости и не нарушается 9 нормальное вращательное движение ее, чем обеспечивается равномерное распределение жидкости, а следовательно, и газа (пара) по сечению тарелки, что способствует интенсификации массообмена между фазами при высоких скоростях газа (пара) и больших на- грузках по жидкости и, как следствие, повышению эффективности массообмена контактных тарелок (эффективности по Мерфри), обеспечивающей повышение частоты и качества разделяемых целевых продуктов и снижение их себестоимости. Так как .сечение сегментного сливного кармана 7 увеличивается сверху вниз, то этим самым уменьшается смещение центра входного отверстия сливной трубы 9 по отношению к центру выходного отверстия сливной трубы 9. При этом, увеличение сечения нижнего основания 8 сливного сегментного кармана 7 не приводит к уменьшению рабочей площади плиты 3 тарелки. Предложенная тарелка для массообменных колонн 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 равномерного распределения жидкости в периферийной части тарелки позволяет повысить нагрузки по жидкости на полное сечение колонны до 80-100 и выше. В связи с большой разрешающей способностью предложенной тарелки для массообменных колонн принимать большие нагрузки по газу (пару) в жидкости, она может быть заложена в проекты по замене насадочных колонн с удельной нагрузкой по жидкости свьшге 100 на тарельчатые диаметром от 1200 до 4000 мм, что обеспечивает увеличение производительности, улучшение чистоты разделения, уменьшение гидравлического сопротивления при сопоставимых условиях и снижения себестоимости разделяемых продуктов.

ЯРи.З /Ъ9(пор) идкощ

ТАРЕЛКА ДЛЯ МАССООБМЕННЫХ КОЛОНН по авт. св. № 845309, отличающаяся тем, что, с целью интецсификащш массообмена за счет равномерного распределения жидкости в периферийной части тарелки, ликвидации застоя ее, плита тарелки снабжена расположенным у стенки сливным каналом с увеличивающимся сечением в сторону сливного кармана.

Ри.