Колонна для проведения массообменных процессов

Союз Советсиик Социалистических РеспубликОПИСАНИЕИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ нц 753441(51)М. Кл.В 01 О 3/30 В 01 Р 3/22 Государственный комитет СССР но делам изобретений и открытий(72) Авторы изобретения Всесоюзный научно-исследовательский и проектный институт по переработке газа(54) КОЛОННА ДЛЯ ПРОВЕДЕНИЯ МАССООБМЕННЫХПРОЦЕССОВ Изобретение относится к контактным устройствам для массообменныхаппаратов и может быть использованов химической, нефтехимической, нефтегазоперерабатывающей и пищевойпромыаленности для проведения процессов абсорбции и ректификации всистемах газ (пар)-жидкость.Известна колонна для абсорбцион- . 10ных и ректификационных аппаратов,состоящая из ситчатой тарелки, представляющей собой перфорированный канал прямоугольной формы с горизонтальным основанием, Канал по вин- т 5товой спиральной линии, опускаетсяк периферии тарелки с уклоном, обеспечивающим стекание жидкости по каналу слоем равной толщины с заданной скоростью. Боковой стенкой канала служит металлическая полоса,прикрепленная к тарелке,Жидкость, прошедшая по всему каналу, поступает от центра тарелкик ее периферии в переливной патрубок и направляется через выноснойтеплообменник на ниже расположенную тарелку, у которой спиральныйканал направлен по винтовой линиик центру з тарелки от периферии, , 30 Затем через сливной патрубок и стакан жидкость направляется на следующую тарелкуГаз барботирует через отверстия, просверленные в основании канала, в результатечего.происходит массообмен между жидкойи газообразной фазами. Конструкцияописываемого контактного устройствапозволяет создать организованный поток жидкости по тарелке и регулировать время пребывания ее на тарелке1,Недостатком является сложностькон с трукции перелив ного ус трой ств а,Известна также колонна, состоящая из корпуса, массообменной тарелки с подвижными лепестками, снабженными направленно просечными отверстиями различной формы и размеров, кольцевого переливного устройства, образованного кольцевой перегородкой тарелки и стенкой корпусаи сливной трубы. При работе устройства гаэ снизу проходит через щелимежду лепестками и через просечныеотверстия вводится в слой жидкостина тарелке. Жидкость поступает с вышележащей тарелки по переливной трубе в центр тарелки и, взаимодейстЗ.С.Ахунов, Е.Н.Константинов, Ю,А.Арнаутов, В.Г.Гореченков, Х.С.Камалов, Т,М,Зарипов и А.И.фридт10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 вуя с потоком газа, образует газожидкостную эмульсию, которая, двигаясь по поверхности тарелки, переливается через кольцевой перелив, откуда сливается по сливной трубе нанижележащую тарелку. При необходимости создания дополнительного контакта фаз отверстия в лепестках выполнены так, что при движении газав зазоре между лепестками происходит эжектирование жидкости газовымпотоком и в барботажный слой жидкости поступает образованная при этомгазо-жидкостная эмульсияНа тарелке создается две зоны контакта фаз:при эжектировании жидкости газомчерез направленные просечные отверстия и при вдуве газо-жидкостнойэмульсии в барботажный слой. Этатарелка имеет развитую поверхностьмассообмена и большую производительность 21 .Однако, эти тарелки недостаточноэффективны для осуществления процессов четкого разделения, так как поверхность контакта фаз сравнительнонебольшая и время контакта фаз незначительно,Известен также массообменныйаппарат, включающий контактную частьи переливное устройство, выполненное в виде усеченного конуса с перфорацией 33 .Это устройство за счет наличияслива позволяет увеличить поверхность контакта фаз, но содержитдвижущиеся части, усложняющие конструкцию и требующие лишних затрат энергии,.Известна также колонна для проведения массообменных процессов,состоящая из корпуса и расположенных по высоте его контактных устройств, каждое из которых включает перфорированную тарелку с просечными отверстиями, на которой установлена цилиндрическая перегородка и коаксиально ей спиральнаяперегородка и центральное переливное устройство. При работе тарелкижидкость поступает на тарелку сверху по внутренней стенке аппарата,Под действием потока газа, проходящего снизу через просечки в основании тарелки, жидкость устремляетсяпо спиральному каналу в центр тарелки, При начальных скоростях газового потока жидкость движетсяравномерным потоком в нижней частиканала над просечками, С увеличением скорости газового потока она распределяется по стенкам канала и достигает кромки спиральной перегородки, создавая тем самым развитую поверхность контакта фаз. Проходя пУтьот края диска к центру, жидкость инекоторая часть газа попадает вцилиндрическую перегородку, в которой происходит сепарация газа, выходящего через патрубок, а жидкость направляется в центральное переливное устройство, через которое отводится к стенке аппарата к наружному спиральному витку нижележащей тарелки, Газовый поток, поступая через просечки, контактирует с жидкостным потоком. Капли жидкости,увлекаемые газом, отбрасываютсяцентробежной силой к стенке аппарата. Это обеспечивает надежную сепарацию газового потока, идущего на вышележащую тарелку. Данная тарелка обладает большой пропускной способностью по газовой фазе и довольно развитой поверхностью контакта фаз 41Однако, она имеет весьма малую пропускную способность по жидкости из-за высокой напряженности центрального перелива, недостаточно эффективна для осуществления процессов четкого разделения, имеет сравнительно небольшой диапазон изменения рабочих нагрузок.Цель изобретения - повышение эффективности разделения за счет дополнительной зоны контакта фаз,увеличение диапазона устойчивойработы контактного устройства засчет использования кинетическойэнергии вращающегося жидкостногопотока и обеспечение возможностисаморегулирования живого сеченияпереливного устройства.Поставленная цель достигаетсятем, что колонна снабжена установленной под тарелкой кольцевой обечайкой с клапанами в нижней части,Переливное устройство выполненов виде кольцевого кармана с установленным под ним направляющим конусом, снабженным просечными элементами.Направляющий конус выполнен с живым сечением в 2-3 раза большим живого сечения тарелки и просечныеэлементы его направлены в сторону слива жидкости,Над тарелкой установлено отбойноеустройство, выполненное в виде усеченного конуса,Отбойное устройство может бытьвыполнено в виде сферы.На фиг,1 изображено устройство,продольный разрез; на фиг,2 - то же,вид в плане.Устройство состоит из корпуса 1,закрепленной к его стенкам, массообменной тарелки 2 с центральной пере.городкой 3, спиральной. перегородки 4 и кольцевой обечайки 5, образующей со стенками корпуса переливное устройство, в нижней части которой расположены клапаны б. Переливное устройство выполнено в виде кольцевого кармана 7, сливного направляющего конуса В, расположенного под полотном тарелки 2 и. заканчивающегося сливнымФормула изобретения 1, Колонна для проведения массообменных процессов, состоящая из корпуса и расположенных по высоте его контактных устройств, каждое из которых включает перфорированную тарелку с просечными отверстиями, на которой установлена цилиндричес,кая спиральная перегородка и переливное устройство, о т л и ч а ющ а я с я тем, что, с целью повышения эффективности разделения за счет дополнительной зоны контакта фаз, увеличения диапазона устойчивой работы за счет использования кинетической энергии вращающегося жидкостного потока и саморегулирования живого сечения переливного устройства,патрубком 9, а над тарелкой и кольцевым переливом расположено отбойное устройство 10 с углом наклона,преимущественно, горизонтальной плос - кости, Направляющий конус 8 снабжен просечными элементами 11, 5Колонна работает следующим образом.Жидкость поступает на массообменную тарелку в цилиндрическую перегородку 3 по сливному патрубку 9 и, проходя гидрозатвор, под воздействием потока газа (пара), проходящего через направленно просечные отверстия в основании тарелки 2, устремляется пО спиральнОму каналу к кОльцевому переливуПри начальных скоростях газового потока жидкость движется равномерным потоком в нижней части канала над отверстиями, С увели нием скоростей газового и жидкостного потоков последняя распределяется по стенкам канала, достигая кромки спиральной перегородки, и отбрасывается центробежной силой Г 1 к отбойнику 9. При этом сила разлагается на силу, перпендикулярную к стенке отражателя Г, и на силу, направленную вниз Гз, под действием которой меняется пропускная способность переливного устройства. При малых нагрузках по жидкости в нижней ЗО части кольцевой обечайки 5 клапаны 6 закрыты, а с увеличением жидкостного потока они открываются под давлением гидродинамического столба жидкости, обеспечивая возможность 35 саморегулирования переливного устройства. Из кольцевого кармана 7 жидкость поступает на внутреннюю поверхность сливного направляющего конуса 8, снабженного так же, как и массо О обменная тарелка, направленно просечными элементами в 2-3 раза с большим живым сечением. Если на тарелке жидкость двигается от центра к периферии, то на конусе наоборот, она 45 устремляется от периферии к центру к сливному патрубку) под действием силы тяжести и под воздействием потока газа, который поступает снизу через направленно просечные эле менты под углом, преимущественно, 30-45 к образующим конуса. Изосливного направляющего конуса жидкость по сливному патрубку поступает в цилиндрическую перегородку ниже расположенной тарелки.При выходе из отверстия газ передает часть кинетической энергии слою жидкости (на конусе), придавая ей вращательное движение, и резко меняет свое направление. При измене нии направления движения потока отбивается капельная жидкость, увлекаемая газом с нижележащей тарелки. Газ проходит на сливном направляющем конусе предварительный дополнительный контакт с жидкостью и че рез направленно просечные элементны вводится в слой жидкости на массообменной тарелке, Происходит интенсивное взаимодействие контактирующих фаз и образовавшаяся при этом газожидкостная эмульсия сгон,яется по спирали от центра к периферии тарелки, а газ устраняется к выше расположенной тарелке.При этом повышение эффективности разделения и увеличения диапазона устойчивой работы контактного устройства достигается за счет создания дополнительной зоны контакта фаз на сливном направляющем конусе, увеличения пропускной способности переливного устройства благодаря наличию отбойника и за счет применения клапанов в нижней части кольцевой обечайки для обеспечения возможности саморегулирования живого сечения переливного устройства,Предлагаемое контактное устройство обеспечивает высокую эффективность работы за счет интенсивности взаимодействия фаз: четкой организации перекрестной схемы взаимодействия потоков, большого пути движения жидкости по тарелке и больших относительных скоростей. Кроме того увеличивается производительность по жидкости за счет наличия сливного направляющего конуса и отбойника, преимущественно конусной формы, приемный стакан заменяется клапанами, что позволяет уменьшить межтарельчатые расстояния, увеличивается производительность по газу за счет конуса с направленно просечными отверстиями, что служит дополнительным отбойником капель и увеличивается КПД устройства за счет второй дополнительной зоны контакта, что имеет большое значение для условий четкого разделенияфаз.а 7/1 Тираж 809 ЦНИИПИ Государственно по делам изобрет 13035, Москва, Ж, акаэ 49 Подписноео комитета СССРний и открытийаушская наб д. 4/5 л ППП Патент, г. Ужгород, ул. Проектная, 4 она снабжена установленной под тарелкой кольцевой ббечайкой с клацанами в нижней части,2. Колонна по п.1, о т л и ч а ю щ а я с я тем, что переливное устройство выполнено в виде кольцевого кармана с установленным под ним направляющим конусом, снабженным просечными элементами. 3, Колонна по пп.1 и 2, о т л ич а ю щ а я с я тем, что направляющий:конус выполнен с живым сечением в 2-3 раза большим живого сечения тарелки и просечные элементы его направлены в сторону слива жидкости4, Колонна по п,1, о т л и ч аю щ а я с я тем, что тарелка снабжена отбойным устройством, выполненным в виде усеченного конуса.5, Колонна по пп.1 и 4, о т л и 5 ч а ю щ а я с я тем, что отбойноеустройство выполнено в виде сферы.Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1, Авторское свидетельство СССР1 О М 123948, кл, В 01 О 3/24, 1959,2. Авторское свидетельство СССРМ 471103, кл. В 01 О 3/22, 1972,3, Авторское свидетельство СССР9 363500, кл. В 01 О 3/30, 1971,4. Авторское свидетельство СССРР 365156, кл. В 01 О 3/32, 1970