Колонна для тепломассообменных процессов

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК МОВ 01 В 32 ГОСУДАРСТНЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЦТИЙОПИСАНИЕ ИЗОБРЕЛ НИЯН АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Бюл. Р 3ышев, М,Е. Сквирский,Н.Д. Заичко,Г. Иванов, Б.Ф. Егоо05(088. 8)ФРГ 9 1277822,ликобритании5/2,0/, 1961,еп, Евдгя. 195775.свидетельство01 В 3/32 198 СССР1.(54)(57)ОБМЕННЫХжидкостьюлого сече се по вы де сплошного лис.кл. 12 а,5, 19622. Патент ВеУ 879270, клЯ 53. 1 пясп. сь35, Р 1, р. 694, АвторскоеМ 891106, кл. В 1. КОЛОННА Д 7 А ТЕПАОМАССОПРОЦЕССОВ между газом исодержащая корпус кругния, расположенные в корпуоте пленочные тарелки в виого горизонтально размещена с закрепленными на нем ЯО 6 135 А вертикальными патрубками одинаковой длины, установленными параллельными рядами, причем нижние торцы патрубков имеют косой срез и нижние торцы патрубков вышележащей тарелки распо" ложены ниже верхних торцов патрубков нижележащей тарелки, о т л и ч а ю щ а я с я тем, что, с целью увеличения эффективности за счет повышения степени сепарации капель жидкости из потока газа в пространстве между смежными тарелками и снижения в межтарельчатом пространстве скорости газа и увеличения длины пути его движения в горизонтальном направлении, патрубки в каждой тарелке выполнены разных диамет- ров, при этом в каждом отдельном ряду патрубки имеют одинаковый диаметр, а в последующих рядах на смежных тарелках - разные диаметры, С причем на первой по.ходу газа тарелке в периферийных рядах раэмещеныЯ патрубкн большего диаметра.1068135 2. Колонна по п.1, о т л и ч а юш а я с я тем, что она снабжена ре 1Изобретение относится к колоннам для проведения тепломассообменных процессов между газом и жидкостью, применяемых, в частности, в процессах неизотермической абсорбции, ректификации, а также испарении и конденсации для обеспечения высокой эффективности процессов тепломассо" обмена при высокой пропускной способности.1 звестна колонна для проведения тепломассообменных процессов между газом и жидкостью, содержащая корпус и расположенные в корпусе по высоте пленочные тарелки, каждая из которых выполнена в виде сплошного горизонтально расположенного 1 листа с закрепленными на нем вертикальными патрубками, нижние торцы которых расположены ниже нижней поверхности листа, а верхние торцы совпадают с верхней поверхностью листа 1 3.11 зьестна колонна для проведения тепломассообменных процессов между газом и жидкостью, содержащая корпус и расположенныс в корпусе по вы" соте пленочные тарелки, выполненные с патрубками, при этом верхниеторцы патрубков выступают над верхней поверхностью листа 2 3.Основной недостаток данных колонн заключается в повышенном уносе капель жидкости потоком газа с тарелки на тарелку, преимущественно обус ловленный наличием. разрывов пленки жидкости на капли в пространстве между смежными тарелками, которые возникают при переходе жидкостй из патрубков вышележащей тарелки на поверхность нижележащей.Известна также колонна для контактирования газа с жидкостью, содержащая сдвоенные перфорированные тарелки и размещенные между ними решетки 33. Однако такой аппарат не обеспечивает проведение процесса в пленочном режиме.Наиболее близкой по технической сущности к изобретению, является колонна, содержащая корпус круглого сечения, расположенные в корпусе по высоте пленочные тарелки в виде сплошного горизонтально размещенного листа с закрепленными на нем вертикальными патрубками одинаковой шетками, размещенными между парамисмежных тарелок. 2длины, установленными параллельнымирядами, причем нижние торцы патрубков имеют косой срез, а нижние торцы патрубков вышележащей тарелкирасположены ниже верхних торцов патрубков нижележащей тарелки. Жидкостьдвижется сверху вниз, а газ - снизувверх. Поток газа, содержащий каплижидкости, разделяется в патрубкахкаждой тарелки на вертикальные струи,скорость движения которых выше скорости газа в межтарельчатом пространстве. При выходе из патрубков струигаза ударяются о лист вышележащейтарелки ь межпатрубочных пространствах, после чего эти струи изменяютв пространстве между смежными тарелками скорость и направление движения (скорость резко уменьшается, анаправление движения изменяется на 20 горизонтальное), Капли жидкости поддействием инерционных сил отделяютсяот струй газа и вследствие капиллярного эффекта "приливают" к нижней поверхности листа вышележащей тарелки.25 Аналогично поток газа, содержащийкапли жидкости, движется далее вверх;по колонне. Вследствие того, чтонижние торцы патрубков имеют косойсрез и развернуты на соседних тарел- ЗО ках один относительно другого на 180 ф,Ъ известной колонне обеспечиваетсяпродольное секционирование потокагаза, содержащего капли жидкости,т,е. колонна по принципу движениягаза оказывается как бы разбитойна множество единичных элементов.В каждом таком единичном элементеструя газа проходит в пространстве между смежными тарелками в горизонтальном направлении минимальное 40 расстояние - только к соседнемуряду патрубков на вышележащей тарелке, причем в,соседних межтарельчатыхпространствах направления движенияструй газа в горизонтальном направле 45 нии противоположны 4 .Недостатком извЕстной конструкции является невысокаястепень сепарации (отделения ) капель жидкости иэ потока газа в пространстве 50 между смежными тарелками, котораяприводит к повышенному уносу капельной жидкости с нижележащей навышележащую смежную тарелку и,следовательно к снижению эффективности тепломассообменных процессов,что Обусловлено недостаточным сни 1068135жением скорости движения струй газасодержащих капли жидкости, в прост-ранстве колонны между смежными тарелками по сравнению со скоростью движения этих струй в патрубках нижележащей тарелки, а также малой длиной пути движения струй газа в горизонтальном направлении в пространстве между смежными тарелками, Эти особенности движения газа в известной колонне снижают эффективность сепарации капель в пространстве между смежными тарелками за счет недостаточного обеспечения в нем эффекта инерционного отделения капель. Кроме того, это также вызы. вается недостаточной эффективностью сепарации капель в первом по ходу газа пространстве между смежными тарелками за счет невысокой скорости струй газа в периферийных 20 патрубках первой по ходу газа тарелки по сравнению со скоростью струй газа в центральных патрубках этой тарелки.,Разница скоростей движения струй газа в патрубках первой25 тарелки обусловлена соответствующим профилем скорости потока газа в колонне перед его входом в патрубки тарелки; у стенок корпуса колонны на периферии) скорость ниже из-за трения потока о стенки, чем в центре колонны. Вследствие этого струи газа с каплями жидкости, выходящие из периферийных патрубков первой тарелки, ударяются о соответствующие межпатрубочные пространства вышележа- З 5 щей (второй ) тарелки с меньшей силой, что обуславливает снижение эффективности сепарации капель в первом по ходу газа пространстве между смежны-. ми тарелками. Правильное конструк тивное выполнение первой по ходу аза пары смежных тарелок является очень важным, поскольку при использоании колонны в качестве каплеотбойного устройства в первом по ходу газа 45 пространстве между смежными тарелками происходит на практике отделение,. как правило, около 50 всей капельной жидкости, уносимой потоком газа из нижерасположенной тепломассообгленной колонны.Цель изобретения - увеличение эффективности за счет повышения степени сепарации капель жидкости из потока газа в прожранстве между смеж-, ными тарелками и снижения в межтарельчатом пространстве скорости газа и увеличение длины пути его движения в горизонтальном направлении.Поставленная цель достигается тем, что в.колонне для тепломассооб О менных процессов, содержащей корпус круглого сечения, расположенные в корпусе по высоте пленочные тарелки в виде сплошного горизонтально размещенного листа с закрепленными на 65 нем вертикальными патрубками одинаковой дличы, установленными параллельными рядами, причем нижние торцы патрубков имеют косоЙ срез и нижние торцы патрубков вышележащей тарел - ки расположены ниже верхних торцов патрубков нижележащей тарелки, патрубки в каждой тарелке выполнены разных диаметров, при этом в каждом отдельном ряду патрубки имеют одинаковый диаметр, а в последующих рядах на смежных тарелках - разные диаметры, причем на первой по ходу газа тарелке в периферийных рядах размецены патрубки большего диаметра,Кроме того, между соседними парами смежных тарелок установлены распределительные решетки для газа.На фиг. 1 изображена колонна, продольный разрез; на фиг. 2 - раз" рез А-А на фиг.1.Колонна содержит корпус 1 круглого сечения, в котором закреплены по высоте пленочные тарелки 2 и 3. Каждая пленочная тарелка выполнена из сплошного горизонтально размещенного листа 4 с закрепленными на нем вертикальными патрубками 5 и 6 одинаковой длины большого и малого диаметров соответственно, установленными параллельными рядами 7 и 8. На каждой тарелке нижние торцы 9 патрубков имеют косой срез, В каждом отдельном ряду 7 или 8 Ма тарелке 2 или 3 патрубки 5 и 6 имеют одинаковый диаметр, а в соответствующих рядах 7 и 8 на смежных тарелках 2 и 3 эти патрубки имеют разные диаметры. Нижние торцы 9 патрубков вышележащих тарелок 3 расположены ниже верхних торцов 10 патрубков соответствующих нижележащих смежных тарелок 2, На первой по ходу газа тарелке 2 в каждой паре смежных тарелок 2 и 3 в периферийных рядах, например, 7 и 8 размещены патрубки 5 большого диаметра. Между соседними парами смежных тарелок 2 и 3 по высоте корпуса установлены распределительные решетки 11 для газа, выполненные из перфорированных пластин с площадью свободного сечения более 35 от поперечного сечения корпуса 1 колонны.Колонна работает следующим образом. Жидкость из распределителя орошения не показан) подается на горизонтальный лист 4 вышележащей тарелки 3 и движется по нему в виде пленки, которая через верхние горизонтальные торцы патрубкоз этой тарелки равномерно распределяется по внутренним поверхностям патрубков и под действием силы тяжести стекает сверху вниз в виде пленки, попадая на сплошной горизонтальныйлист 4 нижележащей смежной тарелки 2, по нже.е Яаще Й таре:е 2 жидКость движется описанным сйособом. ВСЛЕДСТВИСс ТОГО, Что НижНИЕ ТОРЦЫ 9 патрубков вышележащей тарелки 3 имеот косой срез и расположены 1 ниже верхних торцов 10 патрубков нижележащей тарелки 2, торцы 9 опу щены в горзонтальную пленку жидкости на нижележащей смежной тарелке 2, и пленка жидкости движется в пространстве между сменными тарелками 2 и 3 без разрыва на капли, т,е. такой способ движения жидкости н пространстве между смежными тарелками, гдеисходит отделение капель жидкости из потока газа, уменьшает капельный унос жидкости с нижележащей тарелки 3 на вышележащую смежную тарелку 2, Пз патрубков тарелки 2 благодаря косому срезу из нижн"х торцов жидкость стекает в виде отдельных струй с нижних кончиков косых срезов, Отруи жидкости проходят сквозь Отзерстия распределительной решетки 11 для газа и попадают на сплошной горизонтальсый лист 4 вышележащей смежной тарелки 2 соседней пары смежных тарелок 3 и 2, и жидкость движется далее вниз по колонне Описанным способом Поток Газау содержащий капли жидкости, поступает к первой по ходу газа тарелке 2 из нижней части колонны (не по- КаэаН И Рс 1 ЗДЕЛЯЕТСЯ Н ПатРУбКаХ 5 и б тарелк 2 на нертикасльные 35 струи, скорость днижения которых выше скорости готака газа н нижней части колонны из-эа того, что площадь свободноо сечения тарелки 2 меньше площади поперечного сечения 40 корпуса 1 колонны, Вследствие тога, что тарелка 2 снабжена патрубками 5 и 6 Одинаковой длины, но разного диаметра, присем н периферийных рядах этой тарелки размещены патрубки 5 большего диаметра, коэффициент ГсЗЗОДИНаМИЧЕСКОГО СОПРОТИНГ.НИЯ ПаТ рубков 5 в периферийных рядах ниже, ем у патрубков б в цснтральных рядах. Из-за разности этих ксэффицитон и одинакового перепада давления в патрубках 5 и б тарелки 2 1,поскольку патрубки 5 и б на тарелке ,2 Относительно потока газа "подключены параллельно"1 распределение по- гока газа происходит по пагрубкам тарелки 2 таким образом, что скорость движения и, следовательно, расход газа выше н патрубках 5 большего диаметра периферийных рядов, по сравнению со скоростью и 60 расходом газа н патрубках б малого диаметра центральных рядов. При выходе из патрубков 5 и б тарелки 2 струи газа, содержащие капли жидкости, удаляются о лист 4 вьшележащей 65 смежной тарелки 3 в межпатрубочных пространствах, после чего эти струи изменяют н пространстве между смежными тарелками 2 и 3 скорость и направление движения(скорость резко уменьшается, направление движения изменяется на горизонтальное. Капли жидкости под действием инерционных сил отделяются от струи газа и вследствие капиллярного эффекта "прилипают" к нижней поверхности листа 4 вышележащей смежной тарелки 3. а нижней поверхности листа 4 тарелки 3 образуется пленка жидкости, которая по наружной поверхности патрубков этой тарелки стекает на лист нижележащей тарелки 2 без разрыва потока на капли, В пространстве между смежными тарелками происходит села- рация основного количества капельПоскольк 5 н соответствующих рядах, например 7 и 8 на смежных тарелках 2 и 3 патрубки В и б имеют разные диаметры, то на тарелке 3 н периферийных рядах размещаются патрубки малого диаметра б, а н центральных рядах - патрубки 5 большего диаметра. Соответственно, на тарелке 3 патрубки 5 центральных рядов имеют меньший коэффициент газо- динамического сопротинления, чем патрубки б периферийных рядов. Газ распределяется по патрубкам обратно пропорционально величине корня квадратного из коэффициента их газодинамическогб сопротивления, поэтому на тарелке 3 скорость и расход газа выше теперь уже в патрубках центральных рядов данной тарелки, вследствие того, что из-за меньшего коэффициента газодинамического сопротивления патрубков 5 центральных рядов иа тарелке 3 газ подсасывается н пространстве между смежньщи тарелками,2 и 3 от его периферии к центру При этом длина пути движения газа в горизонтальном направлении больше, чем в известном устройстве, н котором газ смещается в ,данном направлении лишь на один ряд патрубков. Одновременно при движении газа в пространстве между тарелками 2 и 3 от периферии к центру более резко снижается скорость газа, поскольку при движении от пеоиферии к центру н корпусе 1 круглого сечения растет площадь продольного сечения пространства межцу смежными тарелками 2 и 3 из-за соответствующего увеличения длины хорды.Таким образом в пространстве между смежными тарелками предлагаемой колонны по сравнению с известной унеличивается длина пути движения газа н горизонтальном направлении и более резко снижается скорость его движения в этом направлении по сравнению со скоростью в патрубкахнижележащей смежной тарелки. Это повышает степень сепарации капель жидкости из потока газа за счет увеличения эффекта инерционного отделения капель. Дройдя патрубки тарелки 3 и распределительную решетку 11, поток газа перераспределяется по поперечному сечению корпуса 1 колонны, образуя "плоский" профиль скорости газа. Далее вверх по колонне поток газа движется описанным способом. Рас О пределительная решетка 11 перераспределяет поток газа, образует "плоский" профиль скорости газа, Из-за установки на первой по ходу газа в колонне тарелке 2 в периферийных 15 рядах патрубков 5 большего диаметра в предлагаемой колонне одновременно повышается и степень сепарации ка-, пель в первом по ходу газа в колонне пространстве между смежными тарелками 2 и 3 за счет увеличения скорости движения струй газа в патрубках периферийных рядов первой по ходу газа тарелки 2. Благодаря наличию на первой тарелке 2 .в периферийных рядах патрубков.5 большего диаметра, имеющих меньший коэффициент гаэодина мического сопротивления, поток газа распределяется по патрубкам таким образом, что в патрубках периферийных рядов выше скорость и расход газа. Выходящие иэ патрубков периферийных рядов струи газа, содержащие капли жидкости, с большей силой ударяются о межпатрубочные пространства нижней поверхности листа 4вышележащей второй ) смежной тарелки 2, что повышает по сравнению с известной колонной степень сепарации капель из потока газа в первом по ходу газа пространстве между смежными 4 О тарелками 2 и 3.П р и м е р. Испытания известной и предлагаемой колонн проводят в сопоставимых условиях на модельной установке с колонной из стали 45 12 Х 18 Н 10 Т и диаметром корпуса 0,5 м. Обе колонны используются в качестве каплеотделительных устройств,устанав. ливаемых над распределителем жидкости в верхней части колонны того же диаметра, снабженной шестью провальными тарелками площадью свободного сечения 15, установленными на расстоянии 0,3 м друг от друга. Испы тания проводят при атмосферном давлении на средах вода - воздух. Пробы газа на содержание воды отбираются до и после каплеотделительных устройств, Количество воды в пробе определяют методом ее "вымораживания". Воду на первую провальную тателку подают через распределитель жидкости с расходом в расчете на поперечное сечение колонны бмам ч.М Расход воздуха в патрубках поддерживают в диапазоне, соответствующем изменению Г-фактора в патрубке в интервале 2, 5-5Г = 1 р, где У - скорость газа, м/с; р - плотность газа, кг/м ).Обе колонны содержат по четыре тарелки, причем смежные тарелки установлены на расстоянии 148 мм друг от друга, и каждая тарелка колонн содержит 55 патрубков длиной 150 мм, раС- положенных в 15 рядов по вершинам правильных треугольников с шагом б 4 мм. Лист тарелки имеет толщину 4 мм, верхние торцы патрубков выступают над листом тарелки на 4 мм. Нижние торцы патрубков имеют косой срез под углом 45 . Известная колонна снабжена патрубками 1 25 х 2 мм, а предла гаемая имеет патрубки 25 х 2 и 32 х 415 мм, причем на первой по ходу таза тарелке большие патрубки 32 х 1,5 мм установлены в 10 перифе" рийных рядах (по пять периферийных рядов с обеих противоположных сторон поперечного сечения колонны ). В предлагаемой колонне между двумя соседними парами смежных тарелок установлена распределительная решетка для газа в виде перфорированной пластины толщиной 4 ьм, площадью свободного сечен. я 40 и диаметром отверстий перФорации 7 мм. Расстояние между вышележащей тарелкой первой по ходу газа парой смежных тарелок и нижележащей тарелкой второй пары 370 мм. Расстояние между вышележащей тарелкой первой пары смежных тарелок и распределительной решеткой 180 мм. В результате испытаний установлено, что в сопоставимых условиях ( сепарация капель в известной колонне составляет 90-91, а в предлагаемой колонне - 94-95. Таким образом в предложенной колонне степень сепарации капель жидкости из потока газа возрастает по сравнению с известной колонной на 3-5 абс1 О 68135Составитель С. БарановаРедактор С. Саенко Техред В,Далекорей Корректор А.Повх Заказ 11355/5 Тираж б 87 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета СССРпо делам изобретений и открытий113035, Москва, Ж, Раушская наб., д. 4/5Филиал ППП "Патент", г. ужгород, ул. Проектная, 4