Тарелка для массообменных колонн

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИРЕСПУб ЛИК А924 150 В 01 Р 3 22 10330 ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ БАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРЛАМ ИЗОбРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИ 4(54)(57) ТАРЕЛКА ДЛЯ ИАССООБИЕННЫККОЛОНН по авт.св. В 845309, о т л ич а ю щ а я с я тем, что, с целью повышения эффективности массообменамежду газом (паром) и жидкостью засчет увеличения времени контакта фаз,увеличения движущей силы процесса путем предупреждения обратного перемешивания жидкости, равномерного распределения жидкости и газа (пара)по сечению .тарелки, увеличения поверхности контактной площади тарелкивследствие направленного слива.жидкости в сегментньпЪ сливной карман и уменьшения сечения сливного сегментного кармана в условиях работы при больших нагрузках по жидкости порядка 80-100 мз/м и выше и высоких скоростях газа (пара), тарелка снабжена направляющей поперечной вертикальной перегородкой, установленной на плите между стенкой колонны и сепарационным кольцом над верхней кромкой боковой стенки сегментного сливного кармана, дальней по направ" лению вращения потока жидкости на тарелке, причем расстояние от стенок колонны и сепарационного кольца до поперечной вертикальной перегородки 6 составляет 0,05-0, 1 ширины сливного сегментного кармана, а направляющая поперечная вертикальная перегородка выполнена с переменной высотой, уве личивающейся от сепарационного кольца 1 к стенке колонны,Ж.Изобретение относится к контактным устройствам для систем газ (пар)-жид" кость, используемых в ректификационных, дистилляционных, абсорбционных и промывных колоннаху В которых жид 5 кость движется сверху вниз и контактирует с газом (паром), поднимающимся по колонне вверх, когда требуетс я обеспечить эффективный контакт между газом (паром) и очень большими количес т-О вами жидкости и в жидкой Фазе имеются твердые частицы или продукты полимеризации,Известна тарелка для массообменных колонн, включающая горизонтальную 15 круглую плиту с тангенциально направленными арочными прорезями для прохода газа (пара), расположенными по 1концентрическим окружностям, вертикальные криволинейные лопатки в фор ме спирали Архимеда, установленные на плите и изогнутые в сторону открытия арочных прорезей, сливное устройство для слива жидкости с верхней н нижнюю тарелку со сливным карманом, 25 вьп 1 олненньм в виде сегмента с расширяющимся сверху вниз сечением, соединенным основанием с верхней кромкой сливной трубы, кольцевой гидрозатвор, выполненный иэ концентрически расположенных вокруг сливной трубы цилиндРических колец, установленный на расстоянии относительно круглой пл 61 ты тарелки, увеличивающимся к наружному кольцу,сеиарационное кольцо,установленное коаксиально кольцевому гидро- затвору и расположенное на расстояшп 1 относительно круглой плиты тарелки, причем центр кольцевого гидро- затвора смещен по отношению к центру 40 тарслки в сторону, противоположную расположению сегментного кармана на О, 05-0, 1 диаметра тарелки.Известная струйная тарелка работает следующим образом. Жидкость стекает по сливной трубе и заполняет внутренний обьем внутреннего кольца, часть жидкости (половина) проходит в зазор между внутренним кольцом и плитой, остальная часть жидкости протекает через верхнюю кромку наружного кольца в пространство между наружным и внутренним кольцом и через зазор между наружным кольцом и плитой стекает на плиту тарелки. Таким образом, в условиях работы внутренее кольцо будет заполнено жидкостью и нижнее отверстие сливной тру 58 3бы 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 будут оставаться также твердые частицы или продукты полимеризации, Гаэ (пар) поступает снизу тарелки через прорези с арко- подобными козырьками, проходит в жидкость, стекающую на плиту через сливную трубу с кольцевым гидрозатвором, отдает жидкости часть кинетической энергии, в результате образуется регулярно 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 вьппележащую тарелку и т,д. Вращающийся двухфазный поток отражается от криволинейных лопаток в форме спирали Архимеда, в результате происходит турбулизация газового (парового) потока, диспергирование жидкости, перекрестные соударения элементарных объемов газа (пара) и жидкости, что приводит к интенсификации Массообмена в фазах и к повышению эффективности массообмена контактной тарелки. С помощью сепарационного кольца формируется регулярно вращающийся двухфазный поток на плите тарелки: жидкость, совершив радиально-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 обсепечивается увеличение скорости газа (пара) без 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 высокотурбулизованной межфазнои поверхности, за счет чего значительно повышается эФфективность массообмена контактной ступени. Жидкость совершает вращательное движение, накапливаясь в периферийной части тарелки у стенки колонны, непре3 9249 рывно стекает в сегментный сливной карман. Из сегментного сливного кармана жидкость стекает по сливной трубе в центр кольцевого гидрозатвора низе- лежащей тарелки, Так как сечение сегментного сливного кармана увеличивается сверху вниз, то уменьшаетсясиещение центра входного отверстия сливной трубы по отношению к центру выходного. отверстия сливной трубы. При этом так же увеличивается рабочая площадь плиты тарелкиНесмотря 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 происходит переполнение сегментного сливного кармана жидкостью, вследствие чего жидкость переливает О ся на контактную площадь тарелки, увлекается газом (паром) и совершает повторный путь перемещения на та-. релке опять к сливному карману, т,е. происходит обратное перемешивание . 25 жидкости, приводящее к понижению движущей силы процесса и к уменьшению эффективности массообмена контактной тарелки, Кроме того, перелив жидкости из сливного кармана на тарел- ЗО ку происходит неравномерно, что приводит к неравномерности распределения по сечению тарелки не только жидкости, но и газа (пара). Это также приводит к уменьшению эффективности массобмена тарелки. Устранение этого недостатка за счет увеличения сечения сливного сегментного кармана приведет к уменьщению полезной контактной площади и к увеличению расстояния меж ду тарелками, что повлечет за собой соответственно уменьшение эффективности массообмена контактной тарелки и увеличение объема колонны.Целью изобретения является повы шениеэффективности массообмена между газом (паром) и жидкостью за счет увеличения времени контакта фаз, увеличения движущей силы процесса путем предупреждения обратного перемешивания жидкости, равномерного распределения жидкости и газа (пара) по сечению тарелки, увеличения поверхности контактной площади тарелки вследствие направленного слива жидкостив сегментной сливной карман и уменьшения сечения сливного сегментного кармана в условиях работы 58 4при больших нагрузках по жидкости порядка 80-100 мэ/мч и выше н высоких скоростях газа (пара) .Поставленная цель достигается тем, что тарелка снабжена направляющей поперечной вертикальной перегородкой, установленной на плите между стенкой колонны и сепарацнонным кольцом над верхней кромкой боковой стенки сегментного сливного кармана, дальней по направлению вращения потока жидкости на тарелке, причем расстояние от стенок колонны и сепарационного кольца до поперечной, вертикальной перегородки составляет 0,05-0,1 максимальной ширины сливного сегментного кармана; а направляющая поперечная вертикальная перегородка выполнена с переменной высотой, увеличивающейся от сепарационного кольца к стенке колонны. Наличие направляющей поперечной вертикальной перегородки обеспечивает направленный слив жидкости в сегментный сливной карман и предупреждает перелив жидкости из сегментного сливного кармана на тарелку, чем обеспечивается исключение обратного перемешивания жидкости на тарелке и неравномерность распределения жидкости и газа (пара) по сечению тарелки. Это способствует росту движущей силы процесса и повышению эффективности массообмена тарелки.Кроме того, за счет направляющей поперечной вертикальной перегородки над сегментным спивным карманом создается дополнительный слой жидкости, накапливающейся под действием сил инерции вращающегося жидкостного потока на тарелке вследствие отражения от направляющей поперечной вертикальной перегородки. Это способствует увеличению скорости жидкости в сливных устройствах, а следовательно, позволяет уменьшить сечение сливных устроройств, за счет этого увеличить полезную контактную площадь тарелки, что также приводит к повышению эффективности массообмена контактной тарелки. Вместе с этим незначительная часть жидкости между направляющей поперечной вертикальной перегородкой и стенкой колонны и сепарационным кольцом может сливаться на ту часть тарелки, куда мало поступает жидкости с центральной части тарелки. Это также способствует равномерному рас 9249пределению жидкости и газа (пара)по сечению тарелки.На фиг. 1 изображена часть колонны со струйными тарелками, вертикальный разрез," на фиг. 2 " сечение А-А 5на фиг. 1, на фиг. 3 - разрез Б-Бна фиг. 2; на фиг. 4 - разрез В-В нафиг. 2; на фиг. 5 " сечение Г-Г нафиг. 1 на фиг. 6 - сечение Д-Д нафиг.в увеличенном размере на 1 Офиг. 7 - разрез Е-Е на фиг. 6 нафиг. 8 - разрез Ж-Ж на фиг. 2; нафиг, 9 - разрез К-К на фиг. 2 нафиг, 10разрез Л-Л на фиг. 2.Колбнна 1 содержит корпус 2 (фиг. 151,2), установленные одна над другойструйные тарелки, содержащие горизонтальные круглые плиты 3 с тангенциально направленными прорезями 4(фиг. 3,4) для прохода газа (пара) 20с аркоподобными козырьками 5, расположенными по концентрическим окружностям вокруг центра кольцевого гидрозатвора на тарелке, вертикальные криволинейные лопатки 6 (фиг. 1,2) в форме спирали Архимеда, установленныена плит тарелки и изогнутые в сторону открытия прорезей 4 с аркоподобными козырьками 5, сегментный карман7, расширяющийся сверху вниз с ниж- ЗОним основанием 8 (фиг, 1,2,5), сливную трубу 9 с верхним 10 и нижнеим 11отверстиями для слива жидкости сосливного кармана 7 в центр кольцевого гидрозатвора нижележащей тарелкиЗ 5с зазором 12 между нижней кромкойсливной трубы 9 и плоскостью плиты 3тарелки для прохода жидкости. Надплитой 3 тарелки, (фиг. 1, 2) коаксиально по отношению к центру кольце вого гидроэатвора и по отношению коси сливной трубы 9, установлено сепарационное кольцо 13 с зазором 14между нижней кромкой 5 кольца 13и плоскостью плиты 3 для прохода жид. 45кости. Кольцевой гидрозатвор представляет собой концентрически располо- , женные. вокруг сливной трубы 9 два кольца: внутреннее 16 и наружное 17 (фиг.6,7), с зазором 18 между нижней кромкой 19 внутреннего кольца 16 и плоскостью плиты 3 тарелки и с зазором20 между нижней кромкой 21 наружного кольца 17 и плоскостью плиты 3 тарел"ки. Причем нижняя кромка 19 внутреннего кольца 16 расположена ниже нижней кромки сливной трубы 9 и ниже нижней кромки 2 наружного кольца 7,58 ба верхняя кромка 22 внутреннего кольца 16 расположена выше нижней кромкисливной трубы 9 и ниже верхней кромки 23 наружного кольца 16 так, чтопри сливе жидкости через сливнуютрубу 9 образуется гидрозатвор. Надкольцами 16 и 17 вокруг сливной трубы 9 установлен горизонтальный отбойный диск 24 (фиг, 1,2) одинаковогодиаметра с наружным кольцом 17 и нанекотором расстоянии от верхней кромки 23 наружного кольца 17. Кольца16 и 17 между собой жестко скреплены пластинами 25 и с плитой 3 тарел"ки - стержнями 26, а сепарационноекольцо 13 прикреплено кронштейнами27 к плите 3 тарелки. Сегментный сливной карман 7 (фиг. 1,2,5,8) образованкорпусом 2 колонны 1, нижним основанием 8 и двумя наклонными боковымистенками 28. Центр кольцевого гидрозатвора со сливной трубой 9 смещен поотношению центра тарелки в сторонуот сегментного сливного кармана 7на 0,05-0, 1 диаметра тарелки. Над верхней кромкой дальней боковой стенки 28сегментного сливного кармана по направлению вращения потока жидкости натарелке установлена направляющая поперечная вертикальная перегородка29 (фиг. 1,2,9,10) между сепарационным кольцом 13 и стенкой колонны 2 сувеличивающейся высотой в направлении от сепарационного кольца к стенке колонны так, что боковые кромкиперегородки 29 не касаются стенокколонны 2 и сепарационного кольца 13,причем размеры перегородки 29 зависят от диаметра тарелки и нагрузокпо жидкости, Жидкость на самую верхнюю тарелку подается через трубу скольцевым гидрозатвором, а подачажидкости на промежуточные тарелкиосуществляется непосредственно в сливные сегментные карманы (не показано).Тарелка работает следующим образом,Жидкость стекает по сливной трубе9 (фиг. 1) и заполняет внутреннийобъем внутреннего кольца 16 (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 и через зазор 20 стекаетна плиту 3 тарелки. Таким образом,924958 7в 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 тарелки 3, при этом не будут оставаться также твердые частицы или . продукты полимеризации, Газ (пар) 1 О поступает снизу тарелки через прорези 4 с акроподобными козырьками 5 (фиг. 1,2,3,4) с тангенциально направленными осями, проходит в жидкость, стекающую на плиту 3 через 15 сливную трубу 9 с кольцевым гидро- затвором, отдает жидкости часть кинетической энергии, в результате образуется регулярно вращающийся двухфазный поток в горизонтальной плоско сти, жидкость совершает радиально" кольцевое движение в горизонтальной плоскости от центра к периферии, а газ (пар) - винтообразное движение вверх под вышележащую тарелку и т,д. 25 Вращающийся двухфазный поток отра.жается от криволинейных лопаток в форме спирали Лрхимеда 6. В результате происходит турбулизация газового (нарового) потока, диспергирование, ЗО жидкости, перекрестные соударения элементарных объемов газа (пара) и жидкости, что приводит к интенсификации массообмена в фазах и к повы" шению эффективности массообмена контактной тарелки. С помощью сепарационного кольца 13 формируется регулярно вращающийся двухфазный поток на плите 13 тарелки. Жидкость, совершив радиально-кольцевое движение от центра кольцевого гидрозатвора к стенкам сепарационного кольца 13 под действием центробежных сил, перетекает че-рез зазор между кольцом 13 и плитой 3 на периферийную часть плиты 3 та" 45 релки, а газ (пар) совершает винтообразное движение вверх, отделившись от жидкости, За счет установки сепарационного кольца 13 обеспечивается увеличение скорости газа (пара) по 50 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 перекрестных ударов газа (пара), поднимающегося вверх.Это приводит к образованию дополнительной высокотурбулизованной межфазной поверхности, в результате чеготакже значительно повышается эффективность массообмена контактной ступени. Жидкость совершает вращательное движение в периферийной частитарелки у стенки колонны, стекает всегментный сливной карман 7 и посливной трубе 9 - в цент кольцевогогидрозатвора нижележащей тарелки.При больших нагрузках по газу (пару)и жидкости последняя под действиемсил инерции отражается от направляющей поперечной вертикальной перегородки .29 (фиг, 1,2,9, 10) и накапливается над сегментным сливным карманом7, создавая дополнительный гидростатический напор, под действием которого увеличивается скорость движенияжидкости в сливных устройствах, Этопозволяет уменьшить сечение сегментного сливного кармана 7, увеличитьза счет этого полезную контактнуюплощадь 3 тарелки, и повысить такимобразом эффективность массообменаконтактной тарелки(эФфективность поМерфриз). Наличие направляющей го-ризонтальной перегородки 29 при больших нагрузках по газу (пару) и жидкости предупреждает слив жидкостииз сегментного сливного кармана 7на плиту 3 тарелки, представляющийсобой обратное перемешивание жидкости, способствующее уменьшению эффективности массобмена контактной тарелки вследствие снижения движущейсилы процесса. Кроме того, локальныйслив жидкости из сегментного сливного кармана 7 на плиту 3 тарелкивызывает неравномерность распределения жидкости и газа (пара) по сече-,нию тарелки, что также приводит кснижению эффективности массообменаконтактной тарелки. Вместе с теммежду боковыми стенками направляющей поперечной вертикальной перегородкой 29 и стенкой колонны 2, исепарационным кольцом 13 может перетекать незначительное количествожидкости на плиту 3 тарелки за перегородкой 29 по направлению вращенияпотока на тарелке, куда мало поступаетжидкость из центральной части плиты3 тарелки. Это обеспечивает равномерность распределения жидкости и,газа (пара) на той части плиты 3тарелки, которая расположена за перегородкой 29. Таким образом, наличие9 9249 направляющей поперечной вертикальнойперегородки 29 обеспечивает равномерное распределение жидкости и газа (пара) по сечению тарелки, увеличение времени контакта фаз и периферий ной части тарелки, увеличение полез" ной контактной площади тарелки, предупреждает обратное перемешивание жидкости и обеспечивает структуру по. тока жидкости, близкую к модели идеальО ного вытеснения, что способствует в совркупности повышению эффективности массообмена контактной тарелки (эф-. фективности по Иерфрн), Так как сечение сегментного сливного кармана 15 7 увеличивается сверху вниз, то этим 1 Осамым уменьшается смещение центра входного отверстия 10 сливной трубы 9. При этом увеличение сечения нижнего основания 8 сливного сегментного кармана 7 не приводит к уменьшению рабочей площади плиты 7 тарелки.Предложенная тарелка за счет увеличения рабочей контактной площади обеспечивает высокие скорости по газу (пару), соответствующие фактору скорости на полное сечение колонны 3,3- 3,5, и за счет равномерного распре-. деления жидкости в периферийной части тарелки позволяет повысить нагрузки по жидкости на полное сечение колонны до 70-100 мз/мч и выше.