Тепломассообменная колонна (ее варианты)

,114082 4( ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ЙОМИТЕТ СССР ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИ(71) Рубежанский фградского машиностута(57) 1. Тепломассообменная колонна, содержащая корпус, внутри которого размещены слои насадки, узлы ввода и вывода жидкости, расположенные над верхним и под нижним слоями соответственно, узлы ввода и вывода газа (пара), расположенные над верх ним слоем насадки, подводящие и отводящие технологические линии с ре - гулирующими устройствами, о т л и ч а ю щ а я с я тем, что, с целью интенсификации процесса путем р ширения диапазона устойчивой ра ы колонны в режиме эмульгирования при одновременном увеличении ее пускной способности, она снабжена ас- бот ч а ю- ехнолоз (пар),. Колонна по п о т одна ипроо и. ОПИ САНИ К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВ вторым узлом вывода газа (пара), расположенным под нижним слоем на - садки, а узел ввода газа (пара) расположен между слоями насадки.2. Колонна по п. 1, о т л и ч а ю - щ а я с я тем, что одна из технологических линий, отводящих газ (пар), присоединена к другой.3. Тепломассообменная колонна, содержащая корпус, внутри которого размещены слои насадки, узлы ввода и вывода жидкости, расположенные над верхним и под нижним слоями, соответственно, узел ввода газа (пара), расположенный под нижним слоем насадки, и узел вывода, подводящие и отводящие технологические линии с регулирующими устройствами, о т л и ч а ю щ а я с я тем, что, с целью интенсификации процесса путем расширения диапазона устойчивой работы колонны в режиме эмульгирования при одновременном увеличении ее пропускной способности, она снабжена вторым узлом ввода газа .(пара) расположенным над верхним слоем насадки, а узел вывода газа (пара) расположен между слоями насадки. щаяся тем, что гических линий, под присоединена к другИзобретение относится к конструкциям тепломассообменных колонн, при-, меняемых в химической и других смежных отраслях промышленности для проведе ния процессов тепломассообмена между 5 газом (паГом) и жидкостью.Известно насадочное устройство для массообменных аппаратов, состоящее из корпуса с треьй периодически чередующимися по его высоте слоями 1 О насадки, причем свободное сечение среднего слоя в 2-10 раз больше свободного сечения верхнего слоя, который, в свою очередь, имеет свободное сечение в 2-8 раз большее, чем нижний 15 слой, в котором установлено распределительное устройство для жидкости, выполненное в виде вертикального цилиндра, заглушенного с нижнего торца и снабженного горизонтальными ради альными перфорированными патрубками и направляющими вертикальными пластинами Ь 3.Недостатками этого устройства являются узкий диапазон работы в режиме 25 эмульгирования и недостаточная пропускная способность, Это объясняется тем, что в данном устройстве реализуется лишь противоток фаз и пропускная способность устройства в целом З 0 лимитируется пропускной способностью нижнего слоя насадки, который по сравнению с двумя другими слоями имеет наименьшее свободное сечение,а значит, обладает наименьшей пропускной способностью.Этот недостаток усугубляется еще и тем, что в нижнем слое насадки установлено распределительное устройство для жидкости, перекрывающее 40 часть сечения слоя. Кроме того, известному устройству присущи недостаточная тепломассообменная способность и неравномерность орошения слоев насадки. Это объясняется тем, что часть жидкости обходит нижний, самый активный слой насадки, так как сразу или почти сразу из верхний слоев насадки попадает в распределительное устройство для жид кости, которое не обеспечивает равномерного орошения из-за ограниченного числа радиальных перфорированных патрубков и неравномерности истечения жидкости по длине каждого из них.55Известна тепломассообменная колонна, содержащая корпус, внутри которого размещены два слоя насадки,узлы ввода и вывода жидкости, распо-,ложенные над верхним и под нижнимслоями соответственно, узлы вводаи вывода газа (пара), подводящиеи отводящие технологические линии 23.Недостатками известной колонныявляются неустойчивая работа в режиме эмульгирования и недостаточнаяпропускная способность.Неустойчивая работа в режимеэмульгирования объясняется узкимдиапазоном его существования из-затого, что известная колонна не обладает свойством саморегулирования,Недостаточная пропускная способность объясняется тем, что в известной колонне реализуется только противоток фаз и пропускная способность колонны ограничивается нагрузкой, при которой наступает ее захлебывание,Цель изобретения - интенсификация процесса тепломассообмена путемрасширения диапазона устойчивойработы колЬнны в режиме эмульгирования при одновременном увеличенииее пропускной способности.Поставленная цель достигаетсятем, что согласно первому вариантутепломассообменная колонна, содержащая корпус, внутри которого размещены слои насадки, узлы ввода и выводажидкости расположенные над верхними под нижним слоями соответственноузлы ввода и вывода газа (пара), расположенные над верхним слоем насадки,подводящие и отводящие технологические линии с регулирующими устройствами, снабжена вторым углом выводагаза (пара), расположенным под нижним слоем насадки, а узел ввода газа(пара) расположен между слояминасадки.5Целесообразно одну из технологических линий, отводящих газ (пар),присоединять к другой.Указанная цель достигается тем,что согласно второму варианту тепломассообменная колонна, содержащая корпус,внутри которого размещены слоинасадки, узлы ввода и вывода жидкости,расположенные над верхним и под нижним слоями соответственно, узел ввода газа (пара), расположенный поднижним слоем насадки, и узел вывода,подводящие и отводящие технологические линии с регулирующими устройствами, снабжена вторым узлом ввода газаходит внутри колонны, а по второму варианту вне ее.Устройства, регулирующие проходные сечения технологических линий, отводящих газ (пар), могут быть выполнены в виде вентилей с ручным управлением или клапанов с автоматическим управлением.Как в том, так и в другом случае датчиками могут служить, например, дифманометры или уровнемеры, измеряющие перепад давления или уровень газо(паро) жидкостной эмульсии соответственно.На .фиг. 1 показана предлагаемая колонна, по первому варианту, продольный разрез; на фиг. 2 - то же, по второму варианту.Колонна по первому варианту содержит корпус 1, внутри которого размещены слои 2 и 3 насадки, узлы ввода 4 и вывода 5 жидкости, узел 6 ввода и узлы 7 и 8 вывода газа (пара технологические линии 9 и 10, отводящие газ (пар) и снабженные регулирующими устройствами, например вентилями или клапанами 11. Если по первому варианту режимы эмульгирования и нисходящего прямотока фаз осуществляются соответственно 45 в верхнем и нижнем слоях насадки, то по второму варианту эти режимыореализуются в нижнем и верхнем слоях насадки соответственно.По второму варианту присоединение одной технологической линии, подводящей газ (пар), к другой обяза- тельно, в то время как по первому варианту присоединение одной технологической линии, отводящий газ (пар)55 к другой целесообразно, так как распределение и перераспределение газа (пара.) по слоям насадки проис(пара), располож энным над верхнимслоем насадки, а узел вывода газа(пара) расположен между слоями насадки.Кроме того, одна из технологических линий, подводящих газ (пар),присоединена к другой.Предлагаемое устройство обладаетспособностью к гидравлическому саморегулированию благодаря наличию в колонне как восходящего, так и нис -ходящего потоков газа (пара). Естественным образом устанавливающеесяравенство гидравлических сопротивлений обоим потокам не только надежно 15стабилизирует режим эмульгированияв верхнем слое насадки, но и существенно расширяет его диапазон и увеличивает пропускную способность колонны в целом, так как в нижнем слое 20насадки реализуется бескризисныйрежим нисходящего прямотока фаз,который обладает малым гидравлическим сопротивлением и практически неимеет ограничений по расходам газа 25(пара) и жидкости. При изменениинагрузок по фазам автоматическиустанавливаются другие равновесныезначения высот эмульгированного слояв верхнем слое насадки. 30Если же гидравлическими сопротивлениями потокам газа (пара) черезверхний и нижний слои насадки варьировать целенаправленно с помощьюрегулирующих устройств, которымиснабжены технологические линии,отводящие газ (пар), то в верхнемслое насадки можно установить любую требуемую высоту слоя газа (пара)жидкостной эмульсии и это при нагруз ках, не достижимых в известной колонне из-за ее захлебывания. Колонна работает следующим образом.Жидкость подается в колонну 1через узел 4 ее ввода, расположенныйнад верхним слоем 2 насадки, и выводится,через узел 5 ее вывода, расположенный под нижним слоем 3 насадки.Газ (пар) подается в колонну черезузел 6 его ввода, расположенный между слоями 2 и 3 насадки, в пространстве между которыми автоматически,беэ вмешательства извне формируютсявосходящий и нисходящий потоки газа(пара), обусловливающие соответственно противоток в йерхнем 2 и нис-ходящий прямоток фаэ в нижнем 3 слояхнасадки. Естественное взаиморегули -рование расходбв газа (пара) черезверхний 2 и нижний 3 слои насадкив зависимости от их гидравлическогосопротивления придает новой конструкции свойство саморегулирования, чтообеспечивает устойчивость и диапазонсуществования любым гидродинамическим режимам, в том числе и режимуэмульгирования в верхнем слое 2 насадки,С другой стороны, бескризисностьрежима нисходящего прямотока фаэ внижнем слое 3 насадки позволяет це 1140821Конструкция узлов ввода и вывода газа (пара) и жидкости могут быть различными и выбираются с учетом специфики того или иного процесса. Так, например, при воздушной десорбции брома или йода из природных рассолов, когда воздух просасывается через десорбер вентилятором, узел 6 ввода воздуха наиболее просто и удобно выполнить в виде ряда окон, равномерно расположенных по 50 ленаправленно варьировать расходами газа (пара) через верхний 2 и нижний 3 слои насадки с помощью вентилей или клапанов 11 в сколь угодно широких пределах, что обеспечивает 5 практически любое требуемое расширение диапазона устойчивой работы верхнего слоя 2 насадки в режиме эмульгирования при одновременном, практически любом, наперед заданном увеличении пропускной способности колонны как по газу (пару), так и по жидкости.Восходящий поток газа (пара) после взаимодействия с жидкостью в 15 высокоинтенсивном режиме эмульгирования в верхнем слое 2 насадки покидает колонну через узел 7 по отводящей технологической линии 9, а жидкость, благодаря наличию слоя газо (наро) 20 жидкостной эмульсии и в целом гори - зонтальности его уровня, равномерно орошает нижележащий слой 3 на-, садки, где взаимодействует в нисходящем прямотоке.со свежей порцией 5 газа (пара), что, как и равномерность орошения, интенсифицирует процесс тепломассообмена путем скачкообраз - ного увеличения его движущей силы.Некоторый вклад в процесс тепло массообмена вносит струйно-капельное взаимодействие газа (пара 7 и жидкости в пространстве между слоями 2 и 3 насадки.После взаимодействия в нижнем слое 3 насадки газ (пар) и жидкость отводятся через узел 8 по отводящей технологической линии 10 и через узел 5 соответственно, Потоки газа (пара), покидающие колонну сверху 40 и снизу, объединяются, так как одна технологическая линия, отводящая газ (пар), присоединена к другой, например линия 10 к линии 9, что целесообразно как с технологической 45 точки зрения, так и с точки зрения компактной обвязки колонны.1 периметру корпуса 1 колонны междуслоями 2 и 3 насадки.Колонна по второму варианту(фиг. 2) содержит корпус 1, внутрикоторого размещены слои 2 и 3 насадки, узлы ввода 4 и вывода 5 жидкости, узлы 6 ввода и узел 7 выводагаза (пара), дополнительно узел 12ввода газа, технологические линии13 и .14, подводящие газ (пар), при. -чем оДна из них, например линия 13,присоединена к линии 14 и они снабжены регулирующими устройствами,например вентилями или клапанами 11.По второму варианту колонны режи -мы эмульгирования и нисходящего прямотока фаз осуществляются в нижнем 3и верхнем 2 слоях насадки соответственно.Как по первому варианту, так ипо второму оба гидродинамических режима взаимодействия газа (пара) ижидкости реализуются одновременнои в одной колонне, но каждый из нихосуществляется посредством свежейпорции газа (пара), что особенноцелесообразно, например, при необходимости максимального извлечениякакого-либо компочента из жидкойсмеси, в частности при извлеченииброма или йода из природных рассоловметодом воздушной десорбции,Каждый слой насадки может бытьлюбой высоты и состоять из насадочныхтел различной формы и размеров.Кроме того, слой насадки может представлять собой пучок вертикальныхтруб, касающихся одна другой боковыми поверхностями, пакет вертикальных пластин, установленных с зазоромодна относительно другой и т.д. Изтаких типов насадок целесообразноформировать тот слой насадки, в котором будет осуществляться бескризисный режим нисходящего прямотокафаз, так как они,обладая низким гидравлическим сопротивлением, обеспе"чивают наиболее гибкое управлениережимом эмульгирования в другом слоенасадки, а значит, и в колонне вцелом. Предлагаемая колонна, обеспечивая устойчивую работу одного из слоев насадки в режиме эмульгирования в широком диапазоне нагрузок, позво - ляет реализовать этот высокоэффективный режим на практике и одновременно увеличить пропускную способ1140821 дкоопь ность по пару (газу) по сравнениюс известной колонной н базовымобъектом (известное устройство, работающее в обычном пленочном режиме)в 2 и более раз, что прн прочих равных условиях равносильно уменьшениюее диаметра более чем в 1,4 раза. Кроме того, предлагаемая колонналегко управляется, автоматизируетсяи рекомендуется к внедрению в промьппленное производство брома и 5 йода на стадии их воздушнойдесорбции из природных рассолов.1140821 жиЬосгп актор А. Козори Тираж 659 . ПодписноГосударственного комитета СССРелам изобретений и открытийосква, Ж, Раушская наб д, 4/5 Заказ 36 ВНИИПИ по 113035, ал Ф ЖиЬооюо Э