Устройство для прямоточного или противоточного контактирования газа (пара) и жидкости Советский патент 1982 года по МПК B01J10/00 B01D53/20 

(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПРЯМОТОЧНОГО ИЛИ ПРОТИВОТОЧНСГО КОНТАКТИРОВАНИЯ ГАЗА (ПАРА) Изобретение относится к устройствам для прямоточного или противоточного контактирования газа (пара) и жидкости и применяется в процессах ректифвлсашга, абсорбции, десорбции, хемосорбики. Известно, согласно экрномтиескому патенту ГДР 118 528, контактное устройство для многоступенчатых колонн с большой скоростью, у которых для жидкостных загрузок и жидкостного разделения нашли применение комбинированные полые профили с большой степенью сложности. Так как жидкостное разделение осуще твляется односторонне|. то в известном контактном устройстве даже при малых жидкостных нагрузках, появляется недостаточное жидкостное разделение, что препятствует эффективности массопереда- чи. Вывод жидкости в обратная транспо1 тировка жидкости совершается исключи-i тельно под действием сип тяжести, так что при сравнимых конструктивных высот колонн предельная допустим1ая нагрузка жидкости контактного устройства являетс И ЖИДКОСТИ ограниченной. Двухступенчатое разделение жидкостей обусловливает большую конструк- тивную высоту. Известно по экономическому патенту ГДР 112 6О6 многоступенчатое контактное устройство с большой скоростью, в которых применяются различно оформлен ные полые профили для подачи жидкости, контактирования фаз и разделения жндкоо тей, но которые технологически трудио изготавливаются. того, что предложенные для деления Жидкостей полые профили имеют отверстия для прохождения газа, нужная степень разделения жидкостей не достигается, так как из этих отверстий для прохождения полых профилей вытекающий газовый поток вызывает новое диспергирование уже отделенной жидкости. Предусмотренные для обратной транспортировки жидкости приспособления недостаточно оформлены, так что высокий коэффициент нагрузки, соответственно поставленной цели, не может быть достигнут. Кроме того, вывод жидкости и обратная транспортировка жидкости совер шается под действием сил тяжеоТВ, так что для вывода жидкости воамох- ны исключительно короткие пути течения жидкости и для обратной транспортировки необходима большая ступенчатая высота. Так как зона контактирования выполнена с закрытыми полыми про(|ялями, то неравномерное распределение фаз отрицательно сказывается на принципе работы контакт ной установки с большой скоростью. К тому же закрытые полые профили приводят к потерям давления при пониженной массопередаче. Цель изобретения - создание устройства для прямоточного Ьли противоточного контактирования газа (пара) и жидкости для высокой пропускной способности по газу и жидкости, рассчитанных на удельный объем колонны, с увеличенной поверхностью рабочей зоны, по сравнению с известными контактньтми устройствами, с повышенной интенсивностью мапсопере- дачи при сравнительно малой потери давления и простом оформлении. В основу изобретения положеш задача, путем объединения зоны подачи жидкости, контактирующей зоны, составляю7дей из нескольких слоев, которая окруже на системой возврата жидкости, зоны отделения жидкости, «также состоящей из нескольких слоев, сделать возможным увеяичение производительности, рассчитанной на удельный объем колонны, при большей поверхности рабочей зоны и хорошем эффекте разделетш. Цель достигается т&л, что компактное оформление зоны подачи жидкости, контактирующей зоны и зоны отделения жидкости допускает принцип работы контактного устройства как в фазовом пра мотоке, так и в фазовом противотоке. Каждая секция устройства газо(паро) жидкостного контактирования, состоит из зоны подачи жидкости, состоящей из нескольких, расположенных рядом, открытых сверху отдельных элементов с наклонными, перфорированными боковыми стенками, преимущественно угловой формы, коTOffcie сужают в направлении газового потока свободное поперечное сечение потока, зоны контактирования, выполненной to нескольких слоев расположенных на расстоянии, параллельно друг к другу, фа сонно-перфорированных отдельных элементов с наклонными боковыми стенками которые сужают в направлении газового потока свободное поперечное сечение и в которых направление ориентации фасонш перфорированных отверстий в боковых стенах проходит поперечно к продольной оси лементов и зоны отделения жшкости. озврат жидкости соединяег зону отдела ния жидкости одной секции с аоной подачи жидкости нижележащей секции. Отдельный элемент зоны отделения жидкости состоит из нижней, сверху открытой части с наклонными боковыми стенками, которые сужают в направлении потока газа свободное поперечное сечэние потока и из покрывающей, крышеобразт ной верхней, части, расположенной на расстоянии. Связь между нижней и вер1ней частями отдельного элемента осуществляется перегородкой. Верхняя часть не имеет отверстия в главном направлении потока газа (пара). У самого нижнего слоя зоHi i отделения наружняя кромка верхней части зазубрена. Боковые стенки нижней части на верхней кромке загнуты в направлении перегородки. Отдельные элементы зоны отделения вдаются в геометрически эквивалентные отверстия разделительной рубашки контактного слоя. Отдельные элементы зоны подачи жидкости вышележащего слоя расположены непосредственно сверху зоны отделения рассмотренного слоя, причем отдельные элементы распределены над всем сечением этой зоны и при этом простираются по всему свободному сечению или на нем кончаются, элементы зоны подачи жидкости вдаются в геометрически эквиваленг{а 1е отверстия разделительной рубашки контактного слоя. Ниже зоны подачи жидкости вышележащего слоя зона отделения жидкости связана с системой возврата жидкости через дополнительные отверстия для удаления газа. При этом разгрузочные отверстия зоны отделения жидкости и отверстия для удаления газа могут быть разделены отделителем жидкости по всей широте контактного слоя в системе возврата жидкости. Фиксирование зоны контактирования определяется по отдельным элементам зоны подачи жидкости и зоны отделения жидкости. Общая камера контактирования заполнена с фасонно-перфорированными отдельными элементами, при этом их должно быть как минимум три слоя. Смещение отдельных элементов от слоя к слою составляет 90, при этом расположение отдельных элементов двух следующих друг за другом слоев с одинаковой продольной ориентировкой фасонной перф рации так осуществлено, что перекрывается свободное сечение протекания газа (пара). Остающееся свободным простра ство между рубашкой колонны и контактными секциями используется полностью для возврата жидкости. Ксзмпактным расположением зоны по дачи жидкости, контактирующей зоны и зоны отделения жидкости ориентируют на высоту контактных зон сравнимую высоту ойлчных вмонтированных тарелок На фиг. 1 изображено контактное устройство, вертикальный разрез; на фиг. 2 - разрез А-А на фиг. 1; на фиг. узел Б на фиг. 1 (комплексное изображе ние контактной зоны, зоны отделения жи кости и зоны подачи жидкости; на фиг. 4 разрез В-В на фиг. 3. Устройство для прямоточного или про тивоточного контактирования газа (пара) и жидкости, состоит из компактной секции контактирования 9, расположенной в центре внутренней части рубашки колонны 1, гесзметрическая которой я&ляется квадратной и полностью окружена системой возврата жидкости 2. Контактная секция 9 состоит из зоны подачи жидкости 4, зоны контактирования 6 и зоны отделения жидкости 5. Все сечение колонны используется для контактирования гйзовой (паровой) и жидкой фаз и для возврата жидкости. Зона подачи жидкости 4 состоит из нескольких стоящих рядом друг с другом на расстоянии, сверху открытых, с загну тыми краями отдельных элементов с наклонными, перфорированными боковыми стенками, которые сужают направлении газового потока свободное поперечное сечение и верхняя кромка которых зазубрена. В эти отдельные элементы через систему возврата жидкости 2 попадает жидкость, отделенная в вышележащей ко тактной секции 9 и при высоких нагрузках ускоренным потоком газа, который дополнительно ускоряется по причине сужения сечения в зоне подачи жидкости 4, увлекается в зону контактирования 6. Путем повышенной относительной скорроти газа (пара)и жидкрсти в зоне подачи жидкости 4, путем непрерывно расположе ных, зазубренный отдельных элементов и этим вызванное множество равномерно распределенных, разрывных кромок, жидкость распределяется мельчайшими каплями по всему сечению зоны контактирования, причем подача жидкости поддерживается высоким динамическим напором газа (пара). При этом отдельные элементы зоны подачи жидкости 4 оканчиваются на разделительной рубашке контакт ного слоя 3 и вдаются здесь в профильно эквивалентные отверстия. При низких нагрузках отдельные впоменты зоны подачи жидкости 4 действуют как система распределения для находящейся снизу зоны контактирования 6, в .которой жидкость через имеющуюся в боковых стенках отдельных элементов перфорацию и через расположенные на верхних кромках отдельных элементов зубчики распределяется равномерно по всему свободному сечению колонны. Зона контакт рования 6 присоединяется непосредственно к зоне подачи жидкости 4 и продолжает ся да зоны отделения жидкости 5. При этом все контактирующее пространство полностью заполнено несколькими .слоями, расположенными на расстоянии, параллелЕ но друг к другу, фасонно-перфорированными отдельными элементами с наклонными боковыми стенками. Отдельные эле менты зоны подачи жидкости 4 служат одновременно опорой для отдельных элементов зоны контактирования 6. Пол№1М заполнением зоны контактирования 6 фасонно-перфорированными отдельными элементам идостигается улучшенное распределение жидкости, вызванное в зоне подачи жидкости 4, в резульгтате, путем избранного многослойного распределения отдельных элементов, осуществляется непрерывное обновление поверхности контакта и этим улучшается разделяемость. В виду расположения отдельных элементов на расстоянии и из-за большого соотношения отверстий в .поперечном сечении зоны контактирования 6 возможно улучшение разделяемости с сравнительно малыми потерями давления. Верхнее ограничение зоны контактирования 6 фиксируется зоной отделения жидкости 5. Ввиду, бесшовного перехода от зоны контактирования 6 к зоне отделения жидкости 5, пониженная кинематическая энергия жидкости и высокая степень распределения в связи с конструктивным оформлением зоны отделения жидкости 5, согласно изобретению, могут в значительной мере способствовать отделению жидкости. Зова отделения жидкости 5 состоит из трех слоев, смешенных параллельно руг с другом рядом и параллельно друг над другом, горизонтально как и вертикально на расстоянии расположенных отельных элементов, у которых нижняя &73 :.7 часть 7, имеющая наклонные боковые стенки, соединена перегородкой 10 с верхней покрывающий частью 8, имеющей форму крыши, причем проектируемое соотношение отверстий зоны отделения ,жидкости 5 равно нулю, .Нижняя часть 7 отдельных элементов зоны отделения жидкости 5 в виду своей геометрической , способствует угоготнению жидкостной фоэы, которая, в результате перекры-t тия верхней частью 8, попадает в отдельный элемент. При этом комбинированное пленочно-капельное отделение перегородками 10 и имеющимися уголками на верхних кромках отдельных элементов стаби- s лизируется, в peзyльтate чего при неравномерных нагрузках отдельных элемен- . тов предотвращается новое диспергирование. Отделеншя жид сость направляется через -отдельный элемент зоны отделения жидкости 5, который простирается через все к о итак тируемое пространство, к системе возврата жидкости 2, в то время как отдельные элементы воны отделения жидкости 5 вдаются в геометрически похожие разгрузочные отверстия разделительной рубашки контактной секции 3. Передвижение жидкости, совершающееся за счет сил тяжести, усиливается частью газового (парового) потока, появляющегося в отдельных элементах зоны отделения жидкости 5. Этот эффект передвижения делается возможным из-за отверстий для выхода газа 11, которые со диняют зону отделения жидкости 5 с сио темЬй возврата жидкости 2, между тем как разделительная рубашка контактной секции 3 в области зоны, отделения жидкости 5, снизу зоны подачи жидкости 4 вышележащей секции, снабжена отверотиями и этим обеспечивает возврат газа (пара) в зону отделения жидкости 5. Уве личение частичек жидкости из отдельных элементов зоны отделения жидкости 5 предотвращается формой разгрузочных от верстий в разделительной рубашке контактной секции 3 и, связанное с этим, разделение фаз. Отдельные элементы зоны отделения жидкости 5 с крышеобразной покрывающей верхней части 8 не имеют отверютий в результате предотвращается новое диопергирование в зоне отделения жидкости 5. Верхняя часть 8 отдельных элементов нижнего слоя зоны отделения жидкости 5 на наружных кромках зазубрена, что делает возможным при маленькой нагру; 9.8 ке (фазовый противоток) хорошее распрееление жидкости для нкжерасположе«ной зоны контактирования 6, Система возврата жидкости 2, окружающая контактную секцию 9, сделана соответственно квадратному сечению и принципу работы зоны отделения жидкости 5 в виде 4-шахтной системы, при этом по необходимости обе, лежащие напротив, шахты, становятся эффективными для контактной секции 9, Многошахтная система делает возможным, наряду с двусторонним выводом жидкости, также двустороннюю подачу жидкости, так что делением пополам длины пути жидкости при процессах отделения и подачи жидкооти достигается увеличение количества жидкости. Возврат жидкости, который совершается соответственно статическому характеру напора из зоны отделения жидкости 5 и системы возврата жидкости 2 2, усиливаются динамической частью напора, вызванной конструктивной формой зоны отделения жидкости 5 и зоны подачи жидкости 4. Формула изобретения 1. Устройство для прямоточного или противоточного контактирования газа (пара) и жидкости, каждая секция которого состоит из зон подачи жидкости, контактирования и отделения жидкости, образованных отдельными элементами, а также из системы возврата жидкости, окружающей эти зоны, отличающееся тем, что между системой возврата жидкости 2 и зоной контактирования 6 выше зоны отделения жидкости 5, но ниже зоны подачи жидкости 4 предыдущей секции расположены отверстия для вывода газа 11, а отдельные элементы зоны отделения жидкости 5 выполнены в виде нижней желобообразной части 7, которая соединена-перегородкой 10 с закрытой крышкообразной верхней частью 8, зона контактирования , 6 состоит из нескольких слоев отдельных элементов , расположенных на расстоянии друг от друга с наклонными боковыми стенками, образующими суживающиеся каналы для газового потока,, а отдельные элементы соседних слоев смещены на 9О°, а два последующих слоя одинаковой продольной ориентировки перекрывают свободное сечение для прохода газа, при этом зона подачи жидкости 4 выполнена в виде желобов, боковые сте. ки которых перфорированы.

9Й73

2.Устройство по п. 1, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что отдельные элементы зоны подачи жидкости 4 являются опо-. рой для отдельных элементов зоны контактирования 6.$

3.Устройство по пп, 1 и 2, о т л и чающееся тем, что отдельные элементы зоны подачи жидкости 4 размещены по всему сечению этой зоны или кончаются в свободном сечении.О

4.Устройство по п. 1, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что зона контактирования 6 состоит по крайней мере из трех расположенных друг над другом слоев отдельных элементов,IS

5.Устройство по пп. 1и4, отличающееся тем, что отдельные

4910 .

элементы зоны контактирования 6 выполнены с фасонно-перфорированными отверстиями, ориентированными поперечво к оси элемента. .

6.Устройство по пп. 1,4 и 5, отличающееся тем, что СООТНО-шение живого сечения отверстий к попенречному сечению зоны контактировання 6 составляет 90%.

7.Устройство по п. 1, о т л и ч а ющ е е с я тем, что вертскне кромки 6t ковых стенок нижней части 7 отдельных элементов зоны отделения жидкости Б загнуты в направлении-перегородки 10.

Признано изобретением по реаупьтатвм экспертизы, осуществленной ведомством по изобретательству Германской Демократической Республики.

В-д

игЛ