SU704640A1 - Колонна дл тепло- и массообменных процессов - Google Patents

Description

(54) КОЛОННА ДЛЯ ТЕПЛОМАССООБМЕННЫХ ПРОЦЕССОВ

I

Изобретение относитс  к колонным аппаратам дл  систем газ (пар) - жидкость, в которых жидкость движетс  сверху вниз и контактирует с газом (паром), поднимающимс  ,по колонне, и может быть использовано в процессах ректификации, абсорбции , промывки газов в агрегатах большой единичной мощности, где требуетс  обеспечить эффективный контакт между большими количествами газа (пара) и жидкостью и в жидкой фазе имеютс  твердые частицы или продукты полимеризации.

Известна колонна с продольно-поперечным секционированием потоков, в которой направленные элементы дл  прохода газа в центральной и периферийных секци х расположены в противоположном направлении 1 .

Наиболее близка по технической сущности к предложенной колонна дл  проведени  тепло- и массообменных процессов между газом (паром) и жидкостью, содержаща  установленные в корпусе одна над другой контактные тарелки и приподн тыми над их плоскост ми секци ми, выполненными с прорез ми (отверсти ми) дл  прохода

сквозь них газа (пара), снабженными аркоподобными козырьками, направленными в одну сторону и тангенциально к центру секции, сливные трубы, снабженные кольцевым проточным гидрозатвором, установленное над каждой секцией коаксиалько к центру сепарационнре кольцо, отбойные пластины, изогнутые в форме спирали Архимеда , расход щиес  от центра секции и закрученные в сторону, соответствующую направлению выхода струй газа (пара) из

прорезей 2.

Недостатком известных конструкций  вл етс  незначительна  производительность и нечеткость разделени .

Цель изобретени  -увеличение производительности колоинь и четкости разделени .

Это достигаетс  тем, что в предложенной колонне секции каждой из тарелок выполнены в форме секторов и снабжены расположенными по периметру секций укрепленными на контактных тарелках опорными лентами, наклоненными по отношению к их плоскост м, причем входные отверсти  сливных труб имеют в плане форму эллипса. что;увеличивает TiрЙШвШй ёЖй&с: Б к6л6нны и четкость разделени  путем сёщигонировани  больших потоков газа (пара) и жидкости. Целесообразно располагать аркоподобные козырьки в соседних секци х в противоположном направлении относительно друг друга, что предупреждает брызгоунос в межсекционных пространствах при сопр жении вращающихс  потоков жидкостина выходе из секций в услови х высоких скоростей фаз; целесообразно над гидрозатвором каждои из сливных труб горизонтально устанавливать отражак илий диск. На фиг. 1 схематически пшазама часть колоннь с контактными тарелками, вертикальный разрез; на фиг. 2 - разрез А - А на фиг. 1; на фиг. 3 - разрез Б - Б на фиг. 2 в увеличенном масштабе; на фиг. 4 - разрез В - В, на фиг. 3; на фиг. 5 - разрез Г - Г на фиг. 4; на фиг. 6 - разрез Д - Д на фиг. 4; на фиг. 7 - разрез Е - Е на фиг. 4 в увеличенном масштабе; на фиг. 8 - разрез Ж -Ж на фиг. 7. Колонна 1 дл  тепло- и массообмена между газом (паром) и жидкостью состоит из установленных одна под другой контактных тарелок 3, содержащих горизонтальные секции 2, имеющие в плане форму секторов, приподн тые над всей остальной плоскостью тарелки . Секции укреплены на контактных тарелках 3 посредством располо ке1ШЬ1х по периметру плит опорных лент 4, наклоненнь1Х по отношению к плоскости контактной тарелки 3. Центральна  сплошна  часть 5 секции 2 окружена по периферии прорез ми 6 с аркоподобньши козырьками 7 дл  прохода газа (пара), расположёнными по концентрическим окружност м вокруг центров плит и направл ющими струи проход щего через прорези газа (пара) тангенциально к центрам плит и в одну сторону, под некоторым углом к плоскости секции. Отбойнь1е пластины 8 изогнуты по спирали АрхйМеда и вь пдЛНёИы расход щимис  от цеттргаг ёкции и зак |ученШми 1в сторону, сьответствующую направлению струй газа (пара), обеспеченному аркоподобньши козырьками 7 прорезей 6. Над каждой секцией коаксиально к ее центру установлено сепарационное кольцо 9 с некоторым зазором 10 между нижней кромкой сепарационного кольца 9 и плоскостью секции дл  слива жидкости ., Сепарационное кольцо 9 прикреплено к секциикронштейнами И. К центру сплошной части 5 каждой секции подведена сливна  труба 12 с зазором 13 между нижней кромкой 14 сливной трубы 12 и плоскостью сплошной части 5 секции. Сливна  труба 12 имеет входное отверстие 15 в форме эллипса дл  слива жидкости из межсекционного пространства 16 верхней тарелки в центр секции нижележащей тарелки. Входные отверсти  15 сливньгх труб 12, выполненные в форме эллипсов, обеспечивают увеличение пропускной способности по жидкости сливных труб 12. Така  форма отверстий получена за счет наклона .верхней части сливной трубы 12 B srecte сопр жени  с тарелкой 3 или за счет перехода цилиндрического сечени  сливных труб 12 в эллиптическое. Вокруг каждой сливной трубы 12 коаксиально установлены два кольца, внутреннее 17 и наружное 18, с зазором 19 между нижней кромкой 20 внутреннего кольца 17 и сплошной частью 5 секции и зазором 21 между нижней кромкой 22 наружного кольца 18 и поверхностью сплошной части 5 секции, причем, нижн   кромка 20 внутреннего кольца 17 расположена ниже нижней кромки 14 сливной трубь 12 и ниже нижней кромки 22 наружного кольца 18, а верхн   кромка 23 внутреннего кольца 17 расположена выше нижней кромки 14 сливной трубы 12 и ниже верхней кромки 24 наружного кольца 18, так что при сливе жидкости через сливную трубу 12 образуетс  проточный гидрозатвор. Над кольцами 17 и 18 вокруг сливной трубы 12 установлен отражающий диск 25 одинакового диаметра с наружным кольцом 18 и нанекотором рассто нии от верхней кромки 24 наружного кольца 18. Кольца 17 и 18 скреплены между собой жестко стержн ми 26, а внутреннее кольцо 17 жестко скреплено с сплрщнрй частью 5 плиты 2 стержн ми 27. Расположение прорезей 6 дл  прохода газа (пара) с аркоподобньши козырьками 7 на соседних секци х обеспечивает противоположное направление струй газа (пара). Отбойные пластины 8, изогнутые по форме спирали Архимеда, закручены на соседних секци х в противоположные стороны . Поэтому предпочтительно принимать четное число секций на контактных тарелках колонны, а именно - 4, 6, 8 и т. д. В центре колонны установлена сплошна  труба 28 дл  креплени  опорных конструкций и секций дл  тарелок больших дисметров с целью обеспечени  их жесткости. Колонна дл  тепло- и массообменных процессов работает следующим образом. Газ (пар) поступает снизу под секции, имеющие в плане форму секторов, проходит через прорези 6 с а ркопЬдобными козырьками 7 и с тангенциально направленными ос ми , в результате чего образуетс  регул рно вращающийс  газовый (паровой) поток, который увлекает поступающую в центры секций жидкость и отдает ей часть кинетической энергии. В результате образуетс  регул рно вращающийс  двухфазный газожидкостньж поток на контактной площади секций, при этом жидкость совершает сложное радиально-кольцевс е движение в горизонтальной плоскости от центра к периферии , а газ (пар) - винтообразное восход щее движение. Вращающийс  двухфазный поток отражаетс  от криволинейных отбойных пластин 8, изогнутых в форме спирали Архимеда, в результате чего происходит дополнительна  турбулизаци  газового (парового) потока , диспергирование жидкости, перекрестные соударени  элементарных объемов газа (пара) и жидкости, многократное обновление и увеличение межфазной поверхности, что приводит к интенсификации массообмена в фазах и к повыщению эффективности массообмена контактной ступени (эффективности по Мерфри). Сепарационное кольцо 9 формирует регул рно вращающийс  двухфазный газожидкостный поток в отдельной секции, способствует разделению таза (пара и жидкости после контакта, при этом жидкость , отража сь от внутренних стенок сепарационного кольца 9, стекает вниз и через кольцевой зазор 10 под действием центробежных сил сливаетс  в межсекционное пространство 16, откуда по сливным трубам 12 стекает в центры секции нижележащей тарелки , а газ соверщает винтообразное движение вверх под секции выщележащей тарелки и т. д. В результате того, что направление кривизны отбойных пластин 8 в форме спирали Архимеда совпадает с направлением расход щегос  от центра к периферии регул рно вращающегос  двухфазного газожидкостного потока, жидкость движетс  без продольного перемешивани , что способствует росту градиентов концентраций в жидкой фазе и увеличению движущей силы процесса массообмена. Это приводит к повышению эффективности массообмена контактной тарелки (эффективности по Мерфри). Посто нство ширины фронта движени  расход щегос  потока жидкости между соседними отбойными пластинами 8 от центра секции к периферии способствует равномерному поперечному распределению расход щегос  потока жидкости по контактной площади секций и, следовательно, к равномерному распределению газового (парового) потока, что также, как известно, приводит к -повышению эффективности массообмена между фазами. Нар ду с этим отбойные пластины 8 предупреждают волнообразование вращающегос  газожидкостиого потока на контактной площади секций, что также способствует равномерному распределению потоков фаз и повышает эффективность массообмена контактных устройств, тем более, что с увеличением размеров секций волнообразование очень сильно нарущает равномерность распределени  потоков фаз по сечению контактной площади и вследствие этого, как известно, с увеличением диаметров тарелок их фактическа  эффективность резко снижаетс . В услови х работы колонны с секционированными тарелками жидкость стекает с периферийных частей секций через кольцевой зазор 10 между сепарационным кольцом 9 и секцией в межсекционное пространство 16, сечение которого в плане увеличиваетс  сверху вниз благодар  наклону опорных лент 4 к плоскости тарелки 3; вследствие этого увеличиваетс  объем межсекционного пространства 16 и не уменьшаетс  полезна  контактна  площадь секций. Вследствие увеличенного объема межсекционного пространства 16 обеспечиваетс  сепараци  фаз после контакта, увеличиваетс  пропускна  способность сливных устройств и сливных труб 12 по жидкости, так как в сливные трубы 12 через входные эллиптические отверсти  15 поступает осветленна  жидкость без газа (пара) и допустима  скорость жидкости в сливных трубах 12 увеличиваетс  до 0,5 - 0,7 м/с. Дл  уменьшени  времени пребывани  жидкости в гидрозатворе при сливе ее из выходного отверсти  сливной трубы 12 в центральную сплошную часть 5 каждой из секций гидрозатвор выполнен проточным из двух концентрически расположенных вокруг сливной трубы 12 колец 17 и 18, и при сливе жидкости по сливной трубе 12 жидкость заполн ет объем внутреннего кольца 17 и проходит частично через кольцевой зазор 19. Остальна  часть жидкости перетекает через верхнюю кромку 23 внутреннего кольца 17 в межкольцевое пространство колец 17 и 18 и через зазор 21 поступает на контактную площадь секции. Кроме того, часть жидкости может перетекать через верхнюю кромку 24 наружного кольца 18 на контактную площадь секции. Таким образом, при сливе жидкости по сливной трубе 12 и при определенных соотнощени х зазоров 19 и 21 и размеров колец 17 и 18 внутреннее кольцо заполнено жидкостью и сливна  труба 12 погружена в нее, т. е. обеспечен проточный гидрозатвор. При этом через зазоры 19 и 21 могут свободно проходить твердые частицы и продукты полимеризации , кроме того, на контактную площадь секции жидкость будет поступать с некоторой начальной скоростью, что предупреждает образование градиента высоты сло  жидкости на контактной площади, способствует равномерному распределению жидкости и уменьшает врем  пребывани  жидкости в гидрозатворе. Однако при прекращении подачи в сливные трубы 12 жидкости последн   будет полностью стекать со сплошной части 5 секции, а при прекращении подачи газа (пара) на тарелку жидкость полностью стекает с контактной площади секции и из проточного гидрозатвора вместе с твердыми частицами или продуктами полимеризации . Сепарационные кольца 9 способствуют формированию регул рно вращающихс  двухфазных газожидкостных потоков в секци х при высоких скорост х газа (пара и больших нагрузках по жидкости, а благодар  разнонаправленным вращени м двухфазных потоков в соседних секци х при

сливе жидкости в межсекционное пространство 16 происходит касательное сопр жение соседних вращающихс  потоков и четкое раделение фаз -без брызгоуноса. При вьшолнении секций, в форме сектора в плане обеспечиваетс увеличение .полезной к.онтактной пЛрщади секции находитс  снаружи сепа : ационного кольца 9 и на эту чдсть контакт-ной пЛЬщади не устанавливаютс  отбойные пластины 8 в форме спиралей Архимеда. Так как секции приподн ты над тарелкой 3, о при сливе жидкости через зазор 10 в Ю межсекционное пространство 16 под действием центробежных сил жидкость движетс  с частью газа (пара) - при этом происходит тепло-; и массообмен между газом . (паром) и жидкостью надмежсекционным прЬстран- j cTBpiyi.16. Использование принципа секционировани  контактной тарелки на отдельные секции с регул рно вращающимс  потоком позвол ет по сравнению с барботажным режимом работы существующих секционированных контактных тарелок увеличить скорость газа (пара) в 1,5 - 2,5 раза без брызгоуноса и повысить эффективность массообмена (эффективность по Мерфри) кон актных тарелок, что выгоднодл  колонн больщих диаметров. Предложенна  toHCT- g рукцй  контактных устройств с регул рно вращающимс  потоком в секци х контактной тарелки колонны эффективно работает при малых удельных нагрузках по жидкости и больщих скорост х пара (в услови х вакуумной ректификации) вследствие благо-.Зв при тного действи  отбойных пластин 8 в форме спиралей Архимеда определенных параметров, способствующих при данных, гидродинамических услови х увеличению объе.ма удерживаемой жидкости на контакт- ,, ной площади, и, следовательно, увеличению среднего времени пребывани  жидкости в контакте с паром, что способствует повь1щению эффе.ктивности тепло- и массообмена между фазами. Эффективно работа ет предо женна  колонна и при больших удельных нагрузках по жидкости и малых скорост х пара (в услови х экстрактивной ректификаии ) также вследствие благопри тного дейтви  отбойных пластин 8 в форме спирали Архимеда определенных параметров, спо- 45 обствующих при данных гидродинамичесих услови х раскручиванию расход щего  потока жидкости от центра к периферии и Организации регул рно вращающегос  вухфазного цотока на контактной пло щади , так как при этих услови х кинетичес- ка  энерги  паровых струй, выход щих через прорези 6 с аркоподобньши козырьками 7, недостаточна Дл  интенсивного раскручивани  жидкости . Вследствие равномерного распределени  вращающего:с  двух- jj

ф- азногогазижадкостного потшг-наконтактной площади обеспечиваетс  в йсс)ка  эффективность тепло- и массообмена мёжду

704640

фазами. В результате того, что дл  расход щегос  от центра к периферии регул рно вращающегос  двухфазного потока на контактной площади секции жидкость движетс  под действием центробежных сил, а периметр слива жидкости гораздо больще, чем дл  контактных тарелок с диаметральным движением жидкости, при этом не происходит перегрузка сливов при самых высоких удельных нагрузках по жидкости (пор дка 100 ч и более), обеспечиваетс  равномерное распределение жидкости и газа (пара ) по контактной площади, значительно уменьщаетс  продольное перемещивание жидкости и увеличиваютс  градиенты концентраций в фазах, что в конечном итоге приводит к повыщению эффективности массообмена кбнтактных тарелок (эффективности по Мерфри) больщих диаметров.

Применение в предложенной конструкции колонны проточных гидрозатворов исключает образование застойных зон, способствует равномерному распределению жидкости по контактной площади, уменьщению времени пребывани  жидкости в гидрозатворах, что предотвращает протекание нежелательных процессов при разделении термически нестойких или склонных к полимериза.ции смесей . Это практически подтверждено на примере промыщленной эксплуатации предложенной конструкции в колоннах диаметром до 5 м.

Все отмеченные преимущества пред.тоенной конструкции колонны дл  тепло- и ассообмена между газом (паром) и жидостью способствует увеличению производиельности , повыщению эффективности и улучрению чистоты и качества раздел емых проуктов .- ,

Claims (3)

1. Колонна дл  тепломассообменных процессов между газом (паром) и жидкостью, содержаща  установленные в корпусе одна под другой контактные тарелки с приподн тыми над их пдоскост ми секци ми, выполненными с прорез ми дл  прохода газа (пара), снабженными аркоподобньши козырьками , направленными в одну сторону и тангенциально к центру секции, сливные трубы, снабженные кольцевым проточным гидрозатвором, установленное над каждой секцией коаксиально к центру сепарационное кольцо, отбойные пластины, изогнутые в форме спирали Архимеда, расход щиес  от центра секции и закрученные в сторону, соответствующую направлению выхода струй газа (пара) из прорезей, отличающа с  тем, что, с целью увеличени  производительности колонны и чёткости ее разделени  путем секционировани  больщих потоков газа (паpa ) и жидкости, секции каждой.из тарелок выполнены в форме секторов и снабжены расположенными по периметру секций, укрепленными на контактных тарелках опорными лентами наклоненными по отношению плоскост м, причем входные отверсти  сливных труб имеют в плане форму эллипсов, 2. Колонна по п. 1, отличающа с  тем,что , с целью предупреждени  брызгоуноса в межсекционных пространствах присШрй- жении вращающихс  потоков жидкости на выходе из секций в услови х высоких скоростей фаз, аркоподобные козырьки прореf5

зей в соседних секци х расположены в противоположном направлении относительно друг друга.

3. Колонна по пп. 1 и 2, отличающа с  тем, что она содержит установленный над гйдрбзатвбром каждой из сливных труб отражающий диск.

Источники информации,

прин тые во внимание при экспертизе

1.Авторское свидетельство СССР № 511958, кл. В ОГ D 3/30, 1971.

2.Авторское свидетельство СССР по за вке № 2303177/26, 1975 (прототип). A./ л.