Колонна для теплои массообменных процессов

) Допол присоед юсуднр ственной) Пр на дваи нзебретенн н етнрытнй. Слободяни 1) Заивител Краснодарский политехнический институт" Изобретение относится к колонным аппаратам для систем газ (пар) -жидкость, в которых жидкость движется сверху в 1 тиз и контактирует с газом (паром), поднимаю щимсяпо колонне, и может быть использовано в процессах ректификации, абсорбции, промывки газов в агрегатах большой единичной мощности, где требуется обеспечйть эффективный контакт между большими количествами газа (пара) и жидкости и в жидкой фазе имеются твердые частицы или продукты полимеризации. В настоящее время для переработки больших количеств жидкости и газа (пара) методами ректификации и абсорбции используют колонны с продольно-поперечным секционированием .потоков.Известна тарелка, основание которой снабжено направленными элементами для прохода газа (пара) обеспечивающими вихревое движение фаз 11.Наиболее близка по технической сущности к предложенной колонна для проведения тепло- массообменных процессов между газом (паром) и жидкостью, представляющая собой установленные в корпусе "одна над другой контактные тарелки в виде горизонтальных плит с прорезями (отверстиями) для прохода сквозь них газа (пара), разделенные на отдельные секции вертикальными перегородками в виде правильных многоугольников, содержащая сливные трубы- в центре каждой секции с отражающими дисками под сливными трубами с зазорами между сливными трубами и отражающими дисками для перелива жидкости с верхних секций к периферийным зонам соответствующих нижних секций нижележащих тарелок 12,Гакая колонна работает следующим образом.За счет навесной траектории стекающей под действием силы тяжести жидкости из сливных труб с отражающими дисками от центра к периферии и движения жидкости от периферии к центру по поверхности секции контактной тарелки в условиях барботажа образуется двойная зона контакта фаз, за счет дополнительной зоны контакта фаз обеспечивается повышение эффективнос массобмена контактной ступени. Таким о разом, осуществляется продольно-попереЬ3704639 ; ноесекционирование потоков газа (пара) кромку внутреннего кольца располагать нии жидкости с помо 1 цью отдельныхйротых же нижней, кромки сливнои трубы и ниже элементов-секций, что позволяет уменьшить нижней кромки наружного кольца, а верхметаллоемкость колонн больших диаметров. нюю кромку внутреннего кольца располаНедостатком этой колонны является - недо- гать выше нижней кромки сливной трубы статочно высокие доступные нагрузки пои ниже верхней кромки наружного кольца газу (пару), лимитируемые уносом жидкости с образованием гидрозатвора при сливе жидс газом (паром) в условиях барботажного кости через сливную трубу, в центре колонны режима работы секций контактной тарелки, для обеспечения жесткости контактных таи неустойчивость работы при изменении в релок большйх диаметров устанавливать широких пределах нагрузок по газу (пару) сплошную трубу. и жидкости. 1 ф На фиг. 1 схематически показана частьЦель изобретения - увелйчение произ- колонны с койтактйыми тарелками, вертиводительности и эффективности массообмена кальный разрез; на фиг. 2 - разрез А - А в колоннах больших диаметров за счет сек- на фиг. 1; на фиг. 3 - разрез Б - Б на ционирования потоков газа (пара) и жид- фиг. 2; на фиг. 4 - разрез В - В на фиг. 3; кости на контактных тарелках и использо на фиг. 5 - разрез Г - Г на фиг. 4; на ванин в секциях контактных элементов с фиг. 6 - разрез Д - Д на фиг,4; на фиг,7 регулярно вращающимся двухфазным по- разрез Е - Е на фиг. 4; на фиг. 8 - разрез " -током., Ж - Ж на фиг. 7.Это достигается тем, что в предложенной колонне секции выполнены в виде жестко Колонна содержит корпус 1, установлен- установленных над плитои на опорных коль- ные одна над другой контактные тарелки,н 26 цах дисков, равномерно размещенных в го- содержащие горизонтальные плиты 2, в отризонтальной плоскости по окружности с верстиях которых плотно закреплены опор- образованием периферийных пространств, ные кольца 3, на которых жестко закреплены причем, центры дисков вышележащей та- горизонтальные круглые диски 4. Центральрелки смещены по отношению к центрам д ная часть 5 круглого диска выполнена дисков нижележащей тарелки на угол, рав- гладкой, остальная часть диска имеет проный с = - , где и - количество дисков рези 6 для прохода газа (пара) с арко- тарелки, и периферийное пространство, рас- подобными козырьками 7, расположенные положенное между дисками верхней тарелки, по концентрическим окружностям и направсоединено сливными трубами с центрами ляющие струи проходящего через прорези дисков нижележащеи тарелки с образова- газа (пара) тангенциально к диску, в однуо ЗО нием зазора между нижней кромкой сливной сторону и под некоторым углом к плоскости трубы и центром диска: диска. На стороне диска для приема жидкости установлены отбойные пластины 8,Целесообразно в колонне над каждым изогнутые в форме спиралей Архимеда, расдиском устанавливать сепарационное кольцо з ходящиеся от центра диска и закрученные - выполненное с диаметром, большим, чем в сторону, соответствующую направлению диаметр диска, на круглых дисках выпол- струй газа (пара), обеспеченному аркопонять прорези для прохода газа (пара) с добными козырьками 7 прорезей 6. Над кажаркоподобными козырьками, расположен- дым диском 4 коаксиально установлены сеные таким образом, что они направляют парационные кольца 9 несколько большего струи проходящего через прорези. газа (па- диаметра, чем диск, с некоторым зазором 1040 ра) тангенциально к диску, под некоторым между сепарационным кольцом 9 и диском 4 углом к его поверхности и в одну сторону. для слива жидкости. В "цейтры каждого" На стороне диска, предназначенной для при- диска подведены сливные трубы 11 с зазоема жидкости, для дополнительной турбули-ром 12 между нижней кромкой 13 сливной зации фаз и интенсификации массообмена и трубы 11 и гладкой частью 5 диска. Трубы 11 целесообразно устанавливать отбойные плас- соединяют периферийные части плиты 2 межтины, изогнутые в форме спиралей Архимеда ду опорными кольцами 3 с дисками 4 верх- расходящиеся от центра диска и закручен- ней тарелки, Вокруг каждой сливной трубыные в сторону, соответствующую направле коаксиально установлены два кольца: нию струи газа (пара), обеспеченному арко- внутреннее 14 и наружное 15, с зазором 160 подобными козырьками прорезеи, а в центре между внутренним .кольцом 14 и гладкой каждого диска над его гладкой частью длячастью 5 диска 4 и зазором 17 между напредупреждения образования застойных ружным кольцом 15 и гладкой частью 5 зон, забивания гидрозатвора твердыми час- диска 4, причем, нижняя кромка 18 внутрентицами или продуктами полимеризации и него кольца 14 расположена ниже нижней уменьшения времени пребыванияжйдкости И кромки 13 сливной трубы 11 и ниже нижней ф в зоне гидрозатвора вокруг сливной трубы кромки 19 наружного кольца 15, а верхняя опускающейся к центру диска, коаксиально кромка 20 внутреннего кольца 14 располоустанавливать два кольца, причем нижнюю жена выше нижней кромки 13 сливной тру25 1 Е л 20 30 33 ае формула изобретения 45 ФФ О бы 11 и ниже верхней кромки 21 наружного кольца 15, так что при сливе жидкости через сливную трубу 11 образуется гидро- затвор. Над кольцами 14 и 15 вокруг сливной трубы 11 установлен отбойный диск 22 одинакового диаметра с наружным кольцом 15 и на некотором расстоянии от наруж- ного кольца 15. Сепарационные кольца 9 прикреплены к дискам 4 кронштейнами 23, а кольца 14 и 15 между собой жестко скреплены стержнями 24 и с гладкой частью диска 5 - стержнями 25. В центре колонны установлена сплошная труба 26 для крепления опорныМ конструкций тарелок,Колонна работает следующим образом.Жидкость стекает с периферийных частей плит 2 верхней тарелки по сливным трубам 11 на гладкую часть 5 дисков 4. При этом жидкость заполняет объем внутреннего кольца 14, часть жидкости проходит через кольцевой зазор 16, остальная часть жидкости перетекает через верхнюю кромку 20 кольца 14 в межкольцевое пространство колец 14 и 15 и через зазор 17 поступает на контактную поверхность диска 4. Таким образом, при сливе жидкости по сливной трубе внутреннее кольцо 14 заполнено жидкостью и сливная труба погружена в жидкость, т. е. обеспечен гидрозатвор, Однако, при прекращении подачи на диск 4 жидкости последняя будет полностью стекать с диска 4 и его гладкой части 5, при этом на диске не будут оставаться твердые частицы или продукты полимеризации. Кроме того, при сливе жидкости по сливной трубе 11 и далее через кольцевой зазор 16 кольца 14 и за- зор 17 кольца 15 за счет кинетической энергии стекающей жидкости последняя будет двигаться в радиальном направЛении диска 4, что будет способствовать значительному уменьшению градиентов высотЬ слоя жидкости в радиальном направлении диска 4 и более равномерному распределению жидкости и газа (пара) по сечению диска 4. Это в конечном итоге приводит, как известно, к повышению эффективности массообмена контактной ступени. Газ (пар) поступает снизу, проходит через прорези 6 с арко- подобными козырьками 7 и с тангенциально направленными осями, отдает часть кинетической энергии поступающей из центра диска 4 жидкости, в результате образуется регулярно вращающийся двухфазный поток на контактной поверхности диска 4, при этом жидкость совершает сложное радиально-кольцевое движение в горизонтальной плоскости от центра к периферии, а газ (пар) - винтообразное движение вверх (направления движения потоков жидкости и газа показаны стрелками). Вращающийся двухфазный поток отражается от криволинейных отбойных пластцн 8, изогнутых в форме спиралей Архимеда. Происходит дополнительная турбулизация газового (парового) потока, диспергирование жидкости, перекрестные соударения элементарных объемов газа (пара) и жидкости, многократное обновление и увеличение межфазной поверхности, что приводит к интенсификации массообмена в фазах и к повышению эффективности массообмена контактной ступени. Сепарационное кольцо 9 формирует отдельный контактный элемент вращающегося потока, как секцию контактной тарелки, способствует разделению газа (пара) и жидкости, при этом газ (пар) совершает винтообразное движение вверх, а жидкость, отражаясь от стенок сепарационного кольца 9 стекает через кольцевой зазор 10 на плиту 2 в пространства между опорными кольцами 3, откуда по сливным трубам 11 стекает в центры дисков 4 нижележащей контактной тарелки и т. д. Использование принципа секционирования контактной тарелки на отдельные секции с регулярно вращающимся потоком позволяет по сравнению с барботажным режимом работы существующих секциони ров анных контактных тарелок повысить скорость газа(пара) в 1,5 - 2,5 раза без брызгоуноса,что выгодно для колонн больших диаметров. Применение в предложенной конструкции проточных гидрозатворов исключает образование застойных зон, способствует равномерному распределению жидкости по контактной поверхности, уменьшает время пребывания жидкости в гидрозатворе и на контактной тарелке и предотвращает протекание нежелательных процессов при разделении термически нестойких или склонных к полимеризации смесей. Все указанные преимущества предложенной конструкции колонны способствуют повышению эффективности разделения, улучшению чистоты и качества разделяемых продуктов и снижению их себестои мости,1. Колонна для тепло- массообменных процессов между газом и жидкостью, содержащая установленные в корпусе одна над другой контактные тарелки, состоящие из горизонтальных плит, разделенных на отдельные секции с прорезями для прохода газа (пара) и сливными трубами для перелива жидкости с секций верхних тарелок на секции нижележащих тарелок, отличающаяся тем, что, с целью увеличения производительности колонны и четкости ее разделения путем секционирования больших потоков газа и жидкости, секции выполнены в виде жестко установленных над плитой на опорных кольцах дисков, равномерно размещенных в горизонтальной плоскостипо окружности плиты с образованием периферийных пространств, причем, центры дисков вышележащей тарелки на угол, равный с = - , где п - количество дисков тарелки,780и периферийное пространство, расположенное между дисками верхней тарелки, соединено сливными трубами с центрами дисков нижележащей тарелки с образованием зазора между нижней кромкой сливной трубы и центром диска.2. Колонна по п. 1, отличающаяся тем,что над каждым диском установлено сепарационное кольцо, выполненное с диаметром, большим, чем диаметр диска.3. Колонна по пп, 1 и 2, отличающаясятем, что, с целью организации на каждом диске вращающегося двухфазного потока, прорези на диске выполнены с аркоподоб ными козырьками и расположены в одну сторону тангенциально к диску и под углом к его поверхности.4. Колонна по пп. 1 и 2, отличающаяся тем, что, с целью интенсификации массооб- фф мена в каждой секции за счет дополнительной турбулизации газа и жидкости, на стороне диска, предназначенной для приема жидкости, установлены отбойные пластины, изогнутые в форме спирали Архимеда, расходящиеся от центра диска и закрученные в сторону, соответствующую направлению струй газа.5. Колонна по пп. 1 и 2, отличающаяся тем, что, с целью равномерного распределения жидкости по сечению диска и предупреждения образования застойных зон при наличии в жидкой фазе твердых частиц, вокруг сливной трубы, опускающейся к центру диска, коаксиально установлены два кольца, образующие гидрозатвор, причем нижняя кромка внутреннего кольца расположена ниже нижней кромки сливной трубы и ниже нижней кромки наружного кольца, а верхняя кромка внутреннего кольца расположена выше нижней кромки сливной трубы и ниже верхней кромки наружного кольца.Источники информации,принятые во внимание при экспертизе 1. Патент Японии2227, 1964, 2. Авторское свидетельство СССР194764, кл. В 01 Р 3/22, 1967 (прототип),Бараая инск Редактор ф. СеребрянскийЗаказ 7912/1 2ЦНИИПИно дел113035, Мофилиал П П П Составитель СТехред О ЛуговТнраа 877Государственного кам изобретений иква, Ж - 35 РаущПатент, г. Ужгоро омитетоткрскаяд, ул оваКорректор О. КПодписноеа СССРытийаб., д. 4/5Проектная, 4