Тарелка для массообменных колонн

СОЮЗ СОВЕТСКИОЕИ ДВНевРЕСПУБЛИК 141 а а с щ ) иПИСА ИЗОБРЕТЕвщетельству Я ТОРСНОМУ С интенсификации массообмена.между газом (паром) и жидкостью путем увеличения времени контакта фаз, равномерного распределения фаз по сечениютарелки, использования полезной площади переливного кармана, плита тарелки снабжена сегментом, установленным в кармане и перекрывающимчасть его ближе к центру тарелки,причем в сегменте выполнены арочные прорези в направлении арочныхпрорезей плиты,ичес ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ(54)(57) ТАРЕЛКА ДЛЯ. МАССООБИЕННЬ КОЛОНН по авт. св. В 845309, о т ч а ю щ а я с я.тем, что, с целью 1 В 3720, В 01 0 3/31 1014Изобретение относится к контактным устройствам для систем газ (пар)"жидкость, используемых в ректификационных, дистилляционных, абсорбционных и промывных колоннах, в которых жидкость движется сверху внизи контактирует с газом (паром), под нима 1 ощимся по колонне вверх, где требуется обеспечить эффективный контактмежду газом (паром) и очень большимиколичествами жидкости и в жидкой фазе имеются твердые частицы или продукты полимеризацни.Известна тарелка, для массообменных колонн имеющая горизонтальную круглую плиту с тангенциальнонаправленными арочными прорезямидля прохода газа (пара), расположенцымц по концентрическим окружностям,нсртьц.цльцые кршзолицейцые лопаткив форме спирали Архимеда. установленные ца плите и изогнутые в сторонуоткрытия арочных прорезей, сливцоеустройство для слива жидкости с верхней ца ццжцюю тарелку со сливнымкарманом, выполцеццым в виде сегмента с расширяющимся сверху вниз сечением, соединенным основанием сперхцей кромкой сливной трубы, кольцевой гндрозатвор, выполненный изконцентрически расположенных вокругслтпзцой трубы цилиндрических колец,установленных на расстоянии отАсительно крУглой плиты тарелки, увели"чизающимся к наружному кольцу, сепарацнопцое кольцо, установленноекоаксиальцо кольцевому гидрозатворуи расположенное ца расстоянии относи"тельно круглой плиты тарелки, причем центр кольцевого гидроэатворасмещен по отношению к центру тарелки в сторону, противоположную расположению сегментного кармана, на0,05-0,1 диаметра тарелки,Известная тарелка для массообменцых колонн работает следующим образом, Жидкость стекает по сливнойтрубе и заполняет внутренний объемвнутреннего кольца, Часть жидкости(половица) проходит в зазор междувцутрецним кольцом и плитой, осталь- оцая часть жидкости протекает черезверхнюю кромку наружного кольца впространство между наружным и внутренним кольцом и через зазор между наружцыщ кольцом и плитой стекает на 55плиту тарелки. Таким образом, в услоиях работы внутреннее кольцо будетзаполнено жидкостью, и нижнее от 164 3верстие сливной трубы будет погружено в жидкость, т.е. будет обеспечен гидрозатвор Однако при прекращении подачи на тарелку жидкости последняя полностью стекает с плиты и при этом не остается также твердых частиц или продуктов полимеривации. Газ (пар) поступает снизу тарелки через прорези с аркоподобными козырьками, проходит в жидкость, стекающую на плиту через сливную трубу с кольцевым гидроэатвором, отдает жидкости часть кинетической энергии, в результате образуетсярегулярно вращающийся двухфазный поток в горизонтальной плоскости. Жидкость совершает радиально-кольцевое движение в горизонтальной плоскости от центра к периферии, а газ (пар) винтообразное движение вверх, под вышележащую тарелку и т.д, Вращающийся двухфазный поток отражается от криволинейных лопаток в форме спирали Архимеда, в результате происходит турбулиэация газового (парового) потока, диспергирование жидкости, перекрестные соударения элементарных объемов газа (пара) и жидкости, что приводит к интенсификации масообмена в фазах и к повышению эффективности массообмена контактной тарелки. С помощью сепарационного кольца формируется регулярно вращающийся двухфазный поток на плите тарелки: жидкость, совершив1радиально"кольцевое движение от центра кольцевого гидрозатвора к стенкам сепарационного кольца под действием центробежных сил; перетекает через зазор между сепарационным кольцом и плитой на периферийную частЬ тарелки, а газ (пар), отделившись от жидкости, совершает винтообразное движение вверх внутри сепарационного кольца. За счет установки сепарационного кольца обеспечивается увеличение скорости газа (пара) беэ брызгоуноса. Благодаря высокой радиальной и окружной скорости жидкости, последняя продолжает движение у стенки колонны на плите тарелки под действием перекрестных ударов газа (пара), поднимающегося вверх, что приводит к образованию дополнительной высокотурбулизированной межфазной поверхности, за счет чего значительно повышается эффективность массообмена контактной ступени. Жидкость совершает вращательное движение, накапливаясь в пери3 1014 ферийной части тарелки у стенки колонны, непрерывно стекает в сег" ментнцй сливной карман. Иэ сегментного сливного кармана жидкость стекает по сливной трубе в центр кольБ цевого гидрозатвора нижележащей тарелки. Так как сечение сегментного сливного кармана увеличивается сверху вниз, этим самым уменьшается .смещение. центра входного отверстия сливной трубы по отношению к-центру выходного отверстия сливной трубы. При этом также увеличивается ра" бочая площадь плиты тарелки.Несмотря на большие преимущества .данной конструкции тарелки, она имеет некоторые недостатки, заключающиеся в том, что при очень больших нагрузках по жидкости порядка 80-100 м /м ч и выше .в самом узком20 кольцевом сечении между стенками колонны и сепарационного кольца в диаметрально противоположном направлении по отношению к.сегментному карману накапливается большой объем жидкости на полпути ее движения от сегментного кармана, что приводит к замедлению и нарушению регулярного вращения жидкости на. пути ее движения у стенки колонны к сегментному30 сливному карману, приводящему к барботажному режиму работы, замедлению скорости вращения жидкости, обра" зованию высокого слоя пены непосредственно перед сливом жидкости в сегментный сливной карман, захлебьаа-, нию тарелки, характерному для барботажных тарелок при скоростях газа (пара) и жидкости, при которых струйные тарелки работают нормально беэ брызгоуноса, а в сливные устройства которых стекает осветленная жидкость, без пены, вследствие четкого разделения фаэ в поле центробежных сил.Цель изобретения - интенсификация массообмена между газом. (паром) и жидкостью за счет увеличения времени контакта фаэ, равномерного распределения фаз по сечению тарелки,использования полезной площади переливного кармана и организованного отвода газа (пара),из сливных уст" ройств в условиях работы при больших нагрузках по жидкости порядка80-00 м /мф ч и выше и вы.оких схо- ззростях газа (пара).Поставленная цель достигается .тем, что известная тарелка для массообмен 164 4ных колонн снабжена сегментом, установленным в кармане и перекрьвающим часть его ближе к центру тарелки, причем в сегменте выполнены арочные прорези в направлении арочных прорезей плиты, Прорези совпадают по размерам, располоаению по концентрическим окружностям и тангенциальному направлению осей. Наличие сегмента, перекрывающего часть сегментного сливного кармана, обеспечивает более равномерное распределение жидкости на тарелке в секторе сегментного сливного кармана, дополнительный контакт фаз, что способствует новышению эффективности массообмена контактной ступени, а эа счет эжекционного эффекта через прорези в сегментеотсасцвается из верхней части сегмент" ного сливного кармана газ (пар), что способствует увеличению пропускной способности сливных устройств по жидкости.На фиг. 1 изображен вертикальный разрез части колонны со струйнымитарелками; на фиг. 2 - вид сверху по сечению А-А на фиг. 1; на фиг.3 - разрез Б-Б на фиг. 2; на фиг. 4 -разрез В-В на фиг. 2; на фиг. 5 - разрез Г-Г на фиг.1; на фиг. 6 - разрез Д-Д на фиг, 1 (в увеличенноммасштабе); на фиг. 7 - разрез Ена фиг, 6; на фиг. 8 - разрез Ж"Ж нафиг. 2; на фиг. 9 - разрез К-К нафиг. 2. Колонна 1 имеет корпус 2 (см.фиг. 1,2), установленные одна над другой струйные тарелки, содержащие горизонтальные круглые плиты 3 с тангенциально направленными прорезями 4 (см. фиг. 3,4) для прохода газа (пара) с .аркоподобнцми козырьками 5 и расположенными но концентрическим окруж" костям вокруг центра кольцевого гидроэатвора на тарелке, вертикальные криволинейные лопатки 6 (см.фиг. 1,2) в форме спирали Архимеда, установленные на плите тарелки, изогнутые в сторону открытия прорезей 4 с аркоподобнцми козырьками 5, сегментный карман 7, расширяющийся сверху вниз, с нижним основанием 8 (см. фиг. 1,2,5), сливную трубу 9 с верхним 1 О и нижним 11 отверстиями для слива жидкости со сливного кармана 7 в центр кольцевого гидро- затвора нижелеаащей тарелки с зазором 12 между нианей кромкой сливной трубы 9 и плоскостью плиты 3 тарелки40 5 10141для прохода жидкости, над.плитой 3тарелки (см. Фиг. 1,2) коаксиально по отношению к центру кольцевогогидрозатвора и по отношению к осисливной трубы 9 установлено сепара"ционное кольцо 13 с зазором 14 междунижней кромкой 15 кольца 13 и плоскостью плиты 3 для прохода жидкости.Кольцевой гидрозатвор представляетсобой концентрически расположенныхвокруг сливной трубы 9 два кольца,внутреннее 16 и наружное 17 (фиг.6,7)с зазором 18 между нижней кромкой 19внутреннего кольца 16 и плоскостьюплиты 3 тарелки и с зазором 20 междунижней кромкой 21 наружного кольца17 и плскостью плиты 3 тарелки, причем нижняя кромка 19 внутреннегокольца 16 расположена ниже нижнейкромки сливной трубы 9 и нижней кромки 1 наружиого кольца 17, а верхняя кромка 22 внутреннего кольца 16расположена выше нижней кромкислинной трубы 9 и ниже верхней кромки 23 наружного кольца 16 так, чтопри сливе жидкости через сливнуютрубу 9 образуется гидрозатнор. Надкольцми 16 и 17 вокруг сливнойтрубы 9 установлен горизонтальныйотбойный диск 24 (см. Фиг, 1 и 2)одинакового диаметра с наружнымкольцом 17 и иа некотором расстоянии от неохней кромки 23 наружногокольца 17. Кольца 16 и 17 между собой жестко скреплены пластинами 25 ис плитой 3 тарелки - стержнями 26, а35сепарационное кольцо 13 прикрепленокронштейнами 27 к плите 3 тарелки.Сегментный сливной карман 7 (см,Фиг. 1,2,5,8) образован корпусом 2колонны 1, нижним основанием 8 идвумя наклонными боковыми стенками28Центр кольцевого гидрозатворасо сливной трубой 9 смещен по отно 1шению цептра тарелки в сторону от45сегментного сливного кармана 7 на0,05-0,1 диаметра тарелки, Меньшаячасть сегментного кармана 7, расположенная ближе к центру тарелки, перекрыта сегментом 29 (см. Фиг.2,9),в котором вырублены арочные прорези4 с аркоподобными козырьками 5, причем их размеры, расположенные поконцентрическим окружностям, и тан"генциальное направление осей прорезей полностью совпадает с арочнымипрорезями в круглой плите тарелки.Жидкость на самую верхнюю тарелку подается через трубу с кольцевым гид 64 6розатвором, а подача жидкости на промежуточные тарелки осуществляется непосредственно в сливные сегментные карманы (не показано).Тарелка работает следующим образом. Жидкость стекает по сливной трубе 9 (см. Фиг. 1) и заполняет внутренний объем внутреннего кольца 16(см,фиг.1, 2,.6,7), часть жидкости (половина) проходит через кольцевой зазор 18, остальная часть жидкости протекает через верхнюю кромку 22 кольца 16 и, отражаясь от отбойного диска 24, стекает в межкольцевое пространство колец 16 и 17, а через зазор 20 - на плиту 3 тарелки. Таким образом, в условиях работы внутреннее кольцо 16 будет заполнено жидкостью и сливная труба 9 и ее нижнее отверстие 11 будет погружено в жидкость, т.е. будет обеспечен гидрозатвор. Однако при прекращении подачи на тарелку жидкости последняя полностью стекает с плиты 3 тарелки, при этом не будут оставаться также твердые частицы или продукты полимеризации. Газ (пар) поступает снизу тарелки прорези 4 с аркоподобными козырьками 5(см.фиг.1, 2,3,4) с тангенциально направленными осями, проходит в жидкость, стекающую на плиту 3 через сливную трубу 9 с кольцевым гидрозатвором, отдает жидкости часть кинетической энергии, в результате образуется регулярно вращающийся двухфазный поток в горизонтальной плоскости, от центра к периферии, а газ (пар) образует винтообразное движение вверх под вышележащую тарелку и т.д. Вращающийся двухФазный поток отражается от криволинейных лопаток 6 в Форме спирали Архимеда, в результате происходит турбулизация газового (парового) потока, диспергирование жидкости, перекрестные соударения элементарных объемов газа (пара) и жидкости, что п 1 иводит к интенсификации массообмена в фазах и к повышению эффективности массообмена контактной тарелки. С помощью сепарационного кольца 13 формируется регулярно вращающийся двухфазный поток на плите 3 тарелки, жидкость, совершив радиально-кольцевое движение от центра кольцевого гидрозатвора к стенкам сепарационного кольца 13 поддействием центробежных сил, перетекает через зазор между кольцом 13 и плитой 3 на периферийную часть плиты3 тарелки, а газ (пар) совершает7014 винтообразное движение вверх, отделившись от жидкости, За счет установки сепарационного кольца 13 обеспечивается увеличение скорости газа (пара) по сравнению с барботажными тарелками без брызгоуноса, За счет высокой радиальной и окружной скоростей жидкости последняя продолжает движение у стенки колонны на плите 3 тарелки под действием перек-10 рестных ударов газа (пара), поднимающегося вверх, что приводит к образованию.дополнительной высокотурбулизированной межфаэной поверхности, в результате чего также значительно 15 повышается эффективность массообмена контактной ступени. Жидкость совершает вращательное движение в периферийной части тарелки у стенки колонны и стекает в сегментный слив ной карман 7, и по сливной трубе 9 в центр кольцевого гидроэатвора нижележащей тарелки. При наличии сегмента 29, перекрывающего меньшую часть сегментного сливного кармана 25 7 (фиг. 2,9), жидкость не стекает сразу в сегментный сливной карман 7, а проходит по малому сегменту 29 с арочными прорезями 4, в резуль- тате увеличивается время контакта ЗО жидкости с газом (паром) и обеспечивается более равномерное распределение жидкости в секторе напротив сегментного сливного кармана, а также, как следствие, более равно-.35 мерное распределение газа (пара) по сечению тарелки, что способству" ет интенсификации массообмена между 164 8фазами и повышению эффективности массообмена (эффективности по Иерфри) контактной ступени. Кроме того, за счет эжекционного эффекта происходит отсасывание газа (пара) иэ сегментного сливного кармана 7, что обеспечивает более высокую пропускную способность сливных устройств по жидкости. Так как сечение сегментного сливного кармана 7 увеличивается сверху вниз, этим самым уменьшается смещение центра входного отверстия10 сливной трубы 9 по отношению к центру выходного отверстия 1 1 сливной трубы 9. При этом, увеличение сечения нижнего основания 8 сливного сегментного кармана 7 не приводит к уменьшению рабочей площади плиты 3 тарелки.Предложенная "Тарелка для массо- обменных колонн" за счет увеличения рабочей контактной площади обеспечивает высокие скорости по газу (пару),соответствующие фактору скоростина полное сечение колонны 3,3-3,5, и путем равномерного распределения жидкости в периферийной части тарелки позволяет повысить нагрузки пожидкости иа полное сечение колонны до80-100 м/м ч и выше.В связи с большой разрешающейспособностью предлагаемой тарелкипринимать большие нагрузки по газу(пару) и.жидкости, она может быть заложена по замене насадочных колонн судельной нагрузкой по жидкости свыше 100 м/м ч на тарельчатые диаметром от 1200 до 4000 мм.1014164 агЯ Составитель А. Со Техред Ж, Кастелев о Корректор Г. Решетии Горькова Редак аз 7036/1 Тирам 681 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж, Раушская наб д. 4/5