Прямоточная тарелка колонн Советский патент 1983 года по МПК B01D3/00 

(54) ПРЯМОТОЧНАЯ ТАРЕЛКА КОЛОНН

1

Изобретение касается прямоточной тарелки колонн для диффузионных процессов (дистилляции, ректификации и абсорбции), или для всех процессов, в которых используются аппараты колонного типа с тарелчатыми внутренними устройствами.

Тарелка построена йа принципе использования многократного слива в прямоточном оборудовании. Кроме классических тарелок одно-, двух-, трех- и четырехпоточных известны и тарелки с многократным сливом. На тарелках используются или классические сифонные сливы, или сливы динамические.

Известны уарелки с многократными желобчатыми сливами (патент ФРГ № 1051605), расположенными на тарелке параллельно с относительно небольшими расстояниями друг от друга. Отверстия для перетока жидкости на тарелке указанного типа выполнены в боковых стенках желобов.

Известна также тарелка, которая пользуется желобчатыми параллельны.ми сливами, но отверстия для жидкости выполнены в дне сливных желобов (патент США № 3410540).

Обе указанные компоновки принимают участие в увеличении активной поверхности тарелки, так как здесь используется и поверхность под сливом. Кроме того, длинная сливная кромка позволяет удержать небольшую динамическую высоту жидкости и в результате этого и высоту пены, что уменьшает расстояние между отдельными тарелками. Достоинство.м тарелки является жесткость за счет желобчатой конструкции сли10 ва, которая одновременно выполняет функцию опорной конструкции.

Кроме того, при увеличении диаметра колонны не уменьшается удельная жидкая нагрузка перевала, что на классических тарелчатых сливах вызывает ограничение диаметра колонны.

Однако описанные компоновки тарелок имеют и свои недостатки, к которым в первую очередь относится уменьшение рабочего диапазона тарелок, т.е. отношения мак20 симальной и минимальной газовой нагрузки тарелки, которое находится в пределах от 60 до 100%. В случае описанной компоновки тарелки также сократилась эффективность разделения за счет сокращения длины

потока. Таким образом, для достижения одинаковой эффективности разделения нришлось по сравнению с классическими тарелками использовать больше число тарелок.

В точке попадания жидкости на тарелку появился провал. Благодаря своим экономическим преимуществам тарелки с желобчатыми многократными сливами нашли широкое применение.

В последнее время появляются новые проблемы в связи с использованием прямоточного оборудования, которое по сравнению с классическими тарелками обладает в 3-5 раз большей мощностью с точки зрения нагрузки газом. Это представляет и соответствующее уменьшение активной поверхности тарелки и относительное увеличение числа сливов, которые представляют 25- 40% от общей поверхности сечения колонны. Указанные проблемы исключают возможность использования классических тарелок с классическими сливами в прямоточном оборудовании. Таким образом, во внимание может быть принята возможность использования тарелок с многократными сливами сифонного или динамического типа. Исходя из большой поверхности .слива, которая в случае использования многократных желобчатых сливов может занимать до поверхности тарелки, необходимо уменьшить длину потока жидкости, или расстояние между соседними сливами, что вызывает понижение эффективностиразделения тарелки, ухудшение условий поступления жидкости в сливы и ухудшение условий для расположения прямоточных элементов на узкой активной части тарелки. Кроме того, при использовании известных многократных желобчатых сливов на прямоточной тарелке есть опасность, что при больших удельных нагрузках по жидкости будет превышен допускаемый предел нагрузки. В результате лучи жидкости, сливаемые через перепады одного слива, взаимно соединятся и увеличится стремление тарелки к захлебыванию слива.

Целью изобретения является возможность использования многократных сливов желобчатого типа в прямоточном оборудовании и одновременно в максимальной мере подавить указанные их невыгоды.

В предлагаемой тарелке, которая состоит из прямоточных элементов, расположенных между взаимно параллельными многократными желобчатыми сливами, прямоточные элементы находятся на четырехугольных активных поверхностях, ограниченных двумя взаимно перпендикулярными -системами параллельных желобчатых сливов.

В результате использования взаимно перпендикулярных систем желобчатых сливов достигается увеличение длины потока жидкости и расширение активной поверхности тарелки, или при одинаковой длине потока жидкости достигается резкое увеличение длины сливных перепадов и уменьшение длины пути луча жидкости. Вследствие указанного можно уменьшить ширину сливов в пользу активной поверхности тарелки так, что на отдельных квадратных или четырехугольных

отрезках активной поверхности тарелки можно более свободно расположить прямоточные элементы. Таким образом, компоновка прямоточной тарелки согласно изобретению позволяет большую нагрузку колонны при

- увеличенной длине потока жидкости и большую эффективность разделения.

Указанная компоновка уменьшает опасность захлебывания сливных желобов и создает условия для работы при экспериментальных удельных жидких нагрузках, которые не могли быть переработаны при использовании раньше описанных многократных сливов.

Особенно выгодной является компоновка, когда число желобчатых сливов в одной системе на один превышает число желобчатых сливов в. другой системе. Эта компоновка позволяет изготовить все тарелки в одинаковом исполнении, причем в результате поворота соседних тарелок на 90° сливы одной тарелки направлены в центр че5 тырехугольной активной поверхности ближайшей Нижерасположенной Тарелки.

При переработке больших расходов жидкости выгодно верхние кромки сливных перепадов на обеих сторонах желобчатых сливов оборудовать рассечками, которые чере0 дуются со сниженной кромкой сливного порога. Длина рассечек выбирается меньше, чем длина -сниженных сливных кромок, и рассечки на одной стороне желобчатого слива расположены относительно рассечек на

, противоположной стороне слива в шахматном порядке. Общая длина рассечек не превышает одну треть длины сливной кромки. Р-ассечки предназначены для разбивки потока жидкости Над сливным порогом с целью улучшения контакта над тарелкой с

0 Находящимся газом, который может войти в воздушное или газовое пространство, которое создается под лучами жидкости, протекающей через сливной порог. Из воздушного пространства, которое снизу ограничено уровнем жидкости в сливе, газ отсасывается протекающим .лучем жидкости и если бы это пространство не было сообщено с газовым пространством над тарелкой, преждевременно захлебывался слив. В случае, когда длина потока получается небольшой,

0 указанные меры не нужны, так как явление образуется самопроизвольно в каждом из углов четырехугольной активной поверхности, в точке, где взаимно пересекаются желобчатые сливы обеих систем.

При больших жидких и газовых нагруз5 ках в случаях, когда пена из одной части тарелки может переходить через слив в другую часть тарелки и когда опять возникает опасность захлебывания сливов, выгоднопри

мейить отбойные стейки, которые расположены в продольной оси желобчатых сливов и йижйей своей кромкой доходят ниже верхнего края сливного порога, одновременно как верхним .краем под уровнем ближайшей верхйей тарелки.

На фиг. 1 представлен вертикальйый разрез участка колонны с тремя тарелками, оборудованными многократными динамическими желобчатыми сливами, образующими две взаимно перпендикулярные системы, где соседние тарелки всегда повернуты на 90° и прямоточные элементы для улучшения обзорности на тарелке не указаны, на фиг. 2 - то же, разрез; на фиг. 3 - аксонометрический вид тарелки; на фиг. 4 - вертикальный разрез А-А с изображением детального исполнения одного желобчатого слива, сливные кромки которого переменно оборудованы рассечками и пониженной сливной кромкой; на фиг. 5 - вертикальный разрез В-В участка тарелки; на фиг. б - аксонометрический вид участка тарелки с одним желобчатым сливом, в сливных перепадах которого созданы отбойники; на фиг. 7 - вертикальный разрез участка тарелки с одним желобчатым сливом, который выполнен наподобие сифонного слива.

В корпусе 1 колонны (фиг. 1 и 2) расположены на регулярных расстояниях друг Над другом тарелки 2, которые выполнены как тарелки сетчатые или тарелки из перфорированного листа и образованы двумя взаимно перпендикулярными системами желобчатых сливов 3. Обе системы желобчатых сливов 3 взаимно соединены. С точки зрения жесткости выгодно исполнение, когда желобчатые сливы одной системы сквозные и сливы другой системы к Ним присоединены. Желобчатые сливы 3 обеих систем образуют при этом взаимно квадратные активные поверхности 5, в которых расположены прямоточные элементы. В доньях желобчатых сливов 3 или в их боках ниже уровня тарелки 2 созданы отверстия 4. Отверстия 4 расположены так, чтобы сохранить как можно максимальную длину потока жидкости на отдельных тарелках. По существу отверстия 4 в сливных желобах 3 сосредоточены в точке недалеко от центра квадратной поверхности 5 ниже расположенной тарелки 2.

Пространственное расположение обеих взаимно перпендикулярных систем сливовЗ лучше всего видно на фиг. 3. Сливные пороги 6 отдельных сливов 3 в местах скрещения пропущены, с точки зрения прочности и жесткости конструкции они однако могутбыть в нижних, боковых участках сливов 3 образованы только отверстиями, которые позволяют жидкости протекать из одной системы, сливов 3 в другую.;

На фиг. 4 и 5 в частичном вертикальном разрезе участка тарелки изображен поток жидкости в желобчатом сливе. Луч жидкости, протекающий через сливной порог б, ограничивает напротив уровня жидкости воздушное пространство 7, заполненное газообразной фазой. Газ или пары газообразной фазы отсасывают из этого пространства жидкостной луч, который их поглощает. Таким образом, если воздущное пространство 7 не сообщено е газовым пространством над тарелкой 2, может иметь место захлебывание слива. Для этой цели имеются рассечки 9. Рассечки 9 разбивают поток жидкости над сливным порогом 6 и позволяют газу, находящемуся над тарелкой 2, проникать в пространство 7.

На фиг. 5 изображена отбойная стенка 11, которая расположена в продольной

оси желобчатого слива 3 и прикреплена к тарелке 2 или к сливу 3. Отбойная стенка 11 предназначена для направления жидкости в слив в случае, когда в активной части тарелки использован прямоточный элемент, который направляет часть жидкости в на правлении слива. Отбойная стенка 11 таким способом помогает транспортировать часть жидкости непосредственно в слив. Отбойная стенка 11 изготовлена из перфорированного или полного листа, или из одного, или не5 скольких слоев металлической решетки.

На фиг. 7 приводится вариант исполнения прямоточной тарелки, в котором использован классический сифонный слив, или затвор 10. Сифонный затвор 10 расположен в нижней час,ти желобчатого слива 3 на та0 кой высоте, чтобы слив 3 вместе с сифонным затвором 10 не до.ходили до верхней поверхности ближайшей нижерасположенной тарелки 2, но оставались от нее на достаточном расстоянии. Жидкость вытекает из желобчатого слива 3 через щель 12 в

5

боковой стенке слива.

Тарелка работает следующим способом. Газ переходит снизу вверх через активные поверхности 5 тарелки 2. На каждой

тарелке 2 газ смешивается с жидкостью, которая в активной части тарелки 2, т.е. в неуказанных сепарационных элементах, расположенных на активных поверхностях 5, опять сепарируется. Газ, из которого отделена подавляющая доля жидкости, продолжает восходящее движение к следующей ближайшей вышерасположенной тарелке 2. Жидкость поступает или через динамический желобчатый слив 3, или черкез слив с сифонным затвором 10 приблизительно в центр

отдельных четырехугольных активных поверхностей 5 нижерасположенной тарелки. Жидкость по пути смешивается с восходящим газом, опять от него отделяется на неуказанных прямоточных элементах и поступает в направлении желобчатых сливов 3,

где протекает через сливной порог 6, и сливом протекает на ниженаходящуюся тарелку 2. Описанный процесс повторяется по всей колонне от тарелки к тарелке.

Формула изобретения

J

Признано изобретением по результатам экспертизы, осуществленной Ведомством по делам изобретений и. открытий Чехословацкой Республики.

/

О

о

о I I о о о I : о о о I I о

Г

Vv V. - о

ю

о

о о о

о

о

о о

4

I I

.) Ч

J V. ч

о

о о

о о о

о

0.