Массообменная колонна Советский патент 1983 года по МПК B01D3/22 

(54) МДССООБМЕННАЯ КОЛОННА

1

Изобретение относится к массообменным аппаратам химической и нефтехимической промышленности и может быть использовано для проведения процессов, протекающих в системе газ (пар) - жидкость: адсорбция, ректификадия.

Известен массообменный аппарат, тарелки которого состоят из металлического листа, перфорированного отверстиями круглой формы диаметром 2-8 мм. Часть площади тарелок этих аппаратов занята переливными устройствами для жидкости, в сечении представляющими собой сегмент или круг. Газовая фаза проходит через отверстия тарелки и барботирует через слой жидкости, в результате чего на тарелке образуется слой пены. Жидкая- фаза поступает на тарелку по переливному устройству, протекает по тарелке, контактируя с газовой фазой, и стекает в нижерасположенную секцию аппарата по переливному устройству 1.

Недостатками этого аппарата являются малая удельная нагрузка по жидкой фазе, что лимитируется производительностью переливных устройств, которые занимают до 30% полезной площади тарелок, а также

засбряемость отверстий- тарелки при работе на загрязненных средах. Увеличение же размеров переливных устройств снижает площадь рабочей зоны тарелки, что в конечном итоге также уменьшает производи5 тельность колонны.

Известен массообменный аппарат, секционированный тарелками с клапанами круглой формы. Клапаны представляют собой

10 круглые крышки, прикрывающие отверстия на тарелке под действием собственного веса и способные перемещаться по вертикали. При возрастании нагрузки колонны по, газовой фазе клапаны поднимаются и свободное сечение для прохода легкой фазы уве15 личивается. В нерабочем положении клапаны под действием собственного-веса закрывают отверстия в тарелке. В рабочих условиях за счет напора потока газа клапаны приподнимаются, газ проходит в об2Q разовавшуюся щель между тарелкой и клапанами, контактирует с жидкостью на тарелке, образуя слой пены. При этом клапаны все время совершают колебательные движения, что способствует разбиению газовых струй на пузырьки малого размера

и образованию большой межфазной поверхности массоотдачи. Жидкая фаза поступает на тарелку по переливной трубе, распределяется равномерно по всей плоскости тарелки и затем сливается в переливное устройство 2.

Недостатками этого аппарата являются высокое гидравлическое сопротивление тарелок, оказываемое прохождению газовой фазы и ограниченный верхний предел нагрузок аппарата по жидкой фазе.

Наиболее близкой по технической сущности к предлагаемой является массообменная колонна, включающая корпус, внутри которого размещены провальные тарелки. Тарелки выполнены в виде решетки с щелевыми отверстиями прямоугольной формы, между которыми установлены неподвижные перегородки. Газ, проходя через щели, барботирует через жидкость, которая находится на тарелке, в результате чего образуется слой пены. После контакта с газом жидкость стекает с тарелки через те же щели, через которые проходит газ. При нормальной работе тарелки барботаж происходит равномерно по всей ее площади, а жидкость стекает одновременно через все отверстия тарелки 3.

Недостатком этого устройства является то, что в барботажном слое образуются пузырьки диаметра 8-10 мм. Это приводит к небольшой суммарной поверхности межфазного контакта на тарелке, что вызывает низкую эффективность работы аппарата в целом.

Цель изобретения - повышение эффективности процесса за счет увеличения поверхности контакта .фаз и турбулизации газожидкостной системы.

Указанная цель достигается тем, что в массообменной колонне, включающей корпус, внутри которого раз.мещены провальные тарелки, выполненные в виде решетки с щелевыми отверстиями прямоугольной формы, между которыми установлены неподвижные перегородки, ребра рещетки выполнены в виде подвижных элементов, установленных на горизонтальных осях с возможностью поворота.

На фиг. 1 изображена массообменная колонна; на фиг. 2 - провальная тарелка; на фиг. 3 - разрез А-А на фиг. 2; на фиг. 4 - разрез Б-Б на фиг. 2.

Массообменная колонна состоит из корпуса 1, разделенного на секции провальными тарелками 2. Тарелки состоят из подвижных элементов 3, установленных на горизонтальных осях 4 и неподвижных перегородок 5. Элементы имеют сложнопрофилированное отверстие 6. На осях на некотором расстоянии друг от друга расположены выступы 7, по форме совпадающие с отверстиями в подвижных элементах. Размеры отверстия и выступа подобраны так, что элемент может поворачиваться на оси на некоторый угол. Подвижные элементы имеют с боковых сторон выступы 8. Ширина этих выступов такова, что они обеспечивают определенное расстояние между боковыми сторонами подвижных элементов. Торцовые стороны элементов

и боковые поверхности неподвижных перегородок представляют собой часть цилиндрической поверхности одного радиуса. Расстояние между подвижными элементами и неподвижными перегородками выбирается

равным расстоянию между боковыми поверхностями элементов. Угол поворота эле ментов выбран таким, чтобы ширина .щели между торцовой поверхностью элементов и боковой поверхностью перегородки была все время одинакова.

В данной конструкции при повороте подвижных элементов ширина щели между ними не меняется, вследствие чего силы динамического напора газового потока, действующие на левую и правую части элемента уравновещены, что позволяет им за счет

действия сверху неуравновешенных нагрузок со стороны сил тяжести жидкой фазы все время находиться в колебательном движении и, способствовать этим увеличению эффективности работы тарелки.

Величина расстояния между подвижными элементами или щирина щели выбирается из следующих соображений. Максимальная производительность тарелки достигается при ширине щели 3 мм. Уменьшение или увеличение ширины щели от

этой величины снижает производительность колонны.

Величина угла поворота . подвижных элементов выбирается из соображений достижения наиболее диспергированной системы. Это выполняется в том случае,

когда частота колебательного движения подвижных элементов совпадает с собственной частотой барботажного слоя. В этом случае элементы будут совершать наибольшее число колебательных движеНИИ с максимальной амплитудой и, значит, наиболее интенсивно турбулизовать жидкую фазу и диспергировать газовую. Для каждой газожидкостной системы и режима работы тарелки угол нужно определять экспериментально. Очевидно, что

вследствие широкого класса газожидкостных систем и режимов работы тарелки величина угла л может изменяться от минимальной величины - нуль до максимальной Я/2.

Аппарат работает следующим образом. На верхнюю таре.лку подается исходная жидкая фаза, снизу в колонну подается газ (пар). Жидкая фаза непрерывно стекдет с тарелки в отверстия, попадает на нижележащую тарелку, и, проходя через все секции аппарата, выводится из его нижней части.

Свободное сечение тарелки выбирается такой величины, чтобы при заданном -расходе газовой и жидкой фазы на тарелке

образовался барботажный слой. Подвижные элементы 3 во время работы колонны все время будут находиться в непрерывном движении, поворачиваясь на угол «t по своей оси. Это происходит за счет того, что сверху на подвижные элементы действуют неуравновешенные силы тяжести жидкой фазы.

Движущие элементы, в свою очередь, диспергируют жидкую фазу барботажного слоя и разбивают на мелкие пузырьки газовый поток, проходящий между торцовыми сторонами элементов. Вследствие этих эффектов газовая фаза в барботажном слое находится в диспергированном состоянии в виде пузырьков малого диаметра, а турбулизация жидкой фазы повыщается. Это вызывает резкое увеличение эффективности работы тарелки и аппарата в целом.

Предлагаемая массообменная колонна позволяет существенно . увеличить эффективность протекания массообменных процессов за счет увеличения поверхности контакта фаз и турбулизации газожидкостной системы, в ней возможна реализация больщих нагрузок ио жидкой фазе и она легко самоочищается при работе на загрязненных средах.

Так, на известных тарелках средний размер пузырьков 8-10 мм, а на тарелке предлагаемой конструкции - преимущественно

от 1 до 10 мм, что приводит к увеличению поверхности контакта фаз на 30%.

Формула изобретения

Массообменная колонна, включающая корпус, внутри которого размещены провальные тарелки, выполненные в виде решетки с щелевыми отверстиями прямоугольной формы, между которыми установлены неподвижные перегородки, отличающаяся тем, что, с целью повышения эффективности процесса за счет увеличения поверхности контакта фаз и турбулизации газожидкостной системы, ребра рещетки выполнены в виде подвижных элементов, установленных на горизонтальных осях с возможностью поворота.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

Д

J

Д1

Д JL

J

u.

ш

JJ

JtU

J

Li

fe/

T/

Фиг. 2