Струйная тарелка для массообменных колонн

Союз Советски кСоциапистическикРеспубпин ОП ИСАНИЕ и 9 ОМУ У ЕЛЬ 61) Дополнительное к авт. свпд-ву явлено 03. 05.78 (21) 2609696/23-26 5)М, Кл, В 01 0 3/ 1 кудзр ори тетблпковано 23, 10. 82. бктллетеп м нзебрвтенноткрытнв УДК 66.048375(088 8) 23 Вата опублпко3 ф"фею."ЕмЩИ 0 тааме лободяник бретени раснодарский ордена Трудового Красного политехнический институт(71) Заявнтел 5 М) СТРУЙНАЯ ТАР вопоает не-. с прнсоелпнемнем заявкн Изобретение относится к контакт"ным устройствам для систем газ (пар)-жидкость, используемых в ректификационных, дистилляционных, абсорбционныхи промывных колоннах для санитарнойочистки газовых промышленных выбросов зот вредных примесей, в которых жидкость движется сверху вниз и контактирует с газом (паром), поднимающимся по колонне вверх, когда требуетсяобеспечить эффективный контакт между 1 оочень большими количествами газа (пара) и очень малыми количествами жидкости и.в жидкой фазе имеются твердые частицы или продукты полимериэации, а именно в условиях вакуумной ректификации,Известна колонна с продольно-поперечным секционированием потоков, вкоторой направленные элементы для прохода газа в центральной и периферий"гных секциях расположены в протиложном направлении (,1 .Однако эта колонна обеспечивчеткое разделение,ЛЯ МАССООБИЕННЫХ КОЛО Известна струйная тарелка, включающая горизонтальную круглую плиту с тангенциально направленными арочными прорезями для прохода газа (пара), расположенными по концентрическим окружностям, вертикальные криволинейные лопатки в форме спирали Архимеда, установленные на плите и изогнутые в сторону открытия арочных прорезей, сливное устройство для слива жидкости с верхней на нижнюю тарелку со сливным карманом,. выполненным в виде сегмента с расширяющимся сверху вниз сечением, соединенным основанием с верхней кромкой сливной трубы, кольцевой гидроэатвор, выполненный из концентрически расположенных вокруг сливной трубы цилиндрических колец, установ" ленных на расстоянии относительно круглой плиты тарелки, увеличивающимся к наружному кольцу, сепарационное кольцо, установленное коаксиально кольцевому гидрозатвору и расположен-, ное на расстоянии относительно круг3 96750лой плиты тарелки, причем центр кольцевого гидрозатвора смещен по отношению к центру тарелки в сторону, противоположную расположению сегментного кармана на 0,05-0,1 диаметра тарелки 2,Известная струйная тарелка работает следующим образом. Жидкость стекает по сливной трубе и заполняет внутренний объем внутреннего кольца, часть1жидкости (половина) проходит в зазормежду внутренним кольцом и плитой, остальная часть жидкости протекает через верхнюю кромку наружного кольцав пространство между наружным и внутренним кольцом и через зазор междунаружным кольцом и плитой стекает наплиту тарелки. Таким образом, в условиях работы внутреннее кольцо будетзаполнено жидкостью и нижнее отверстие сливной трубы будет погружено вжидкость, т, е, будет обеспечен гид-.розатвор. Однако при прекращении подачи на тарелку жидкости последняяполностью стекает с плиты и при этомне остаются также твердые частицы илипродукты полимеризации. Газ (пар) поступает снизу тарелки через прорезис аркоподобными козырьками, проходитв жидкость, стекающую на плиту черезЗОсливную трубу с кольцевым гидрозатвором, отдает жидкости часть кинетической энергии, в результате образуетсярегулярно вращающийся двухфазный поток в горизонтальной плоскости, Жидкость совершает радиально-кольцевоедвижение в горизонтальной плоскостиот центра к периферии, а газ (пар)винтообразное движение вверх, под вышележащую тарелку и т, д, Вращающийся двухфазный поток отражается от криволинейных лопаток в форме спиралиАрхимеда, в результате происходит турбулизация газового (парового) потока,диспергирование жидкости, перекрестные соударения элементарных объемовгаза (пара) и жидкости, что приводитк интенсификации массообмена в Фазахи к повышению эффективности массообмена контактной тарелки.С помощью сепарационного кольцаформируется регулярно вращающийсядвухфазный поток на плите тарелки:жидкость, совершив радиально-кольцевое движение от центра кольцевого гидрозатвора к стенкам сепарационногокольца, под действием центробежныхсил перетекает через зазор между сепарационным кольцом и плитой на пери 0 4Ферийную 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) без брызгоуноса. Благодаря высокой радиальной и окружающей скорости жидкости, последняя продолжает движение у стенки колонны на плите тарелки под действием перекрестных ударов газа (пара), поднимающегося вверх, чтоприводит к образованию дополнительной высокотурбулизированной межфазной поверхности, за счет чего значительно повышается эффективность массообмена контактной ступени. Жидкостьсовершает вращательное движение, накапливаясь в периферийной части тарелки у стенки колонны, непрерывно стекает в сегментный сливной карман. Из сегментного сливного кармана жидкость стекает по сливной трубе в центр кольцевого гидрозатвора нижележащей тарелки. Так как сечение сегментного сливного кармана увеличивается сверхувниз, то этим самым уменьшается смещение центра входного отверстия сливной трубы по отношению к центру выходного отверстия сливной трубы, При этом также увеличивается рабоЧая площадь плиты тарелки.Несмотря на большие преимущества данной конструкции тарелки, она имеет некоторые недостатки, заключающиеся в том, что при оцень больших объемных скоростях газа (пара) и малых нагрузках по жидкости (например, в условиях вакуумной ректификации) на плите тарелки, и особенно в ее периферийной части, вследствие высоких линейных скоростей газа (пара), выходящего из арочных прорезей, малым количеством жидкости сообщается значительная кинетическая энергия, вследствие чего в периферийной части тарел. ки элементарные объемы жидкости приобретают значительную окружную и радиальную скорость и значительно уменьшается объем удерживаемой жидкости на тарелке, а следовательно, уменьшается и время пребывания жидкости в контакте с газом (паром), что приводит как известно, к снижению как локальной эффективности, так и общей эффективности массообмена контактной тарелки по Мерфри.Целью изобретения является интенсификация массообмена между большими5 9675количествами газа (пара) и малыми количествами жидкости за счет увеличения времени пребывания жидкости вовращающемся двухфазном потоке в периферийной части тарелки.Поставленная цель достигается тем,что струйная тарелка снабжена кольцевой полкой, расположенной у стенкиколонны с перекрытием меньшей частисливного кармана и выполненной с тан фгенциально направленными арочными прорезями, размещенными по концентрическим окружностям,На фиг. 1 изображена часть колоннысо струйными тарелками, вертикальный 1разрез, на фиг. 2 - разрез А-А нафиг. 1; ча фиг. 3 - разрез Б-Б нафиг. 2; на фиг, 4 - разрез 8-8 нафиг. 2; на фиг. 5 - разрез Г-Г нафиг. 1; на фиг, 6 - разрез Д-Д на фиг. 1(в увеличенном размере); на фиг. 7 - ,разрез Е-Е на фиг. 6; на фиг. 8 - разрез Ж-Ж на фиг, 2; на фиг. 9 - разрез3-3 на фиг. 2.Колонна. содержит корпус 1,установ- рленные одна над другой струйные тарелки 2, содержащие горизонтальные круглые плиты 3 с тангенциально направленными прорезями 4 для прохода газа (пара) с аркоподобными козырьками 5 ирасположенными по концентрическим окружностям вокруг центра кольцевогогидрозатвора на тарелке, вертикальныекриволинейные лопатки 6 в форме спирали Архимеда, установленные на плите35тарелки и изогнутые в сторону открытия прорезей 4 с аркоподобными козырь.ками 5, сливной карман 7, расширяющийся сверху вниз, с нижним основанием 8,сливную трубу 9 с верхним 10 и нижним(не показано) отверстиями для сливажидкости со сливного кармана 7 в центкольцевого гидрозатвора 11 нижележащей тарелки с зазором 12 между нижнейкромкой сливной трубы 9 и плоскостью43плиты 3 тарелки для прохода жидкости,над плитой 3 тарелки коаксиально поотношению к центру кольцевого гидрозатвора и по отношению к оси сливнойтрубы 9 установлено сепарационное кольцо 13 с зазором 14 между нижней кромкой 15 кольца 13 и плоскостью плиты 3для прохода жидкости,Кольцевой гидрозатвор представляетсобой концентрически расположенные вокруг сливной трубы 9 два кольца, внут-ффреннее 16 и наружное 17, с зазором 18между нижней кромкой 19 внутреннегокольца 16 и плоскостью плиты 3 тарел 00 4 ки, и с зазором 20 между нижней кромкой 21 наружного кольца 17 и Плоскостью плиты 3 тарелки, причем нижняякромка 19 внутреннего кольца 16 расположена ниже нижней кромки сливной трубы 9 и ниже нижней кромки 21 наружного кольца 17, а верхняя кромка 22внутреннего кольца 16 расположена выае нижней кромки сливной трубы 9 и ниже верхней кромки 23 наружного кольца 16 так, что при сливе жидкости через сливную трубу 9 образуется гидрозатвор. Над кольцами 16 и 17 вокругсливной трубы 9 установлен горизон-тальный отбойный диск 24 .одинаковогодиаметра с наружным кольцом 17 и на некотором расстоянии от верхней кромки 23 наружного кольца 17. Кольца 16и 17 между собой жестко скрепленыпластинами 25 и с плитой 3 тарелки -стержнями 26, а сепарационное кольцо13 прикреплено кронштейнами 27 к плите 3 тарелки. Сегментный сливной карман 7 образован корпусом 1 колонны,нижним основанием 8 и двумя наклонными боковыми стенками 28. Периферийная часть сегментного сливного кармана 7 у стенки колонны перекрыта кольцевой полкой 29, в которой выполнены арочные прорези 4 с аркоподобными козырьками 5, которые совпадают по размерам, расположению по концентрическим окружностям и тангенциальному направлению осей с арочными прорезями 4 саркоподобными козырьками 5 в круглойплите 3 тарелки, Центр кольцевого гидрозатвора со сливной трубой 9 смещенпо отношению центра тарелки в противоположном направлении от сегментного сливного кармана, на 0,05-0,1 диаметра тарелки. Жидкость на самую верхнюю тарелку подается через трубу скольцевым гидрозатвором, а подача жидкости на промежуточные тарелки осуществляется непосредственно в сливные сегментные карманы (не показано),Тарелка работает следующим образом.Жидкость стекает по сливной трубе 9 и заполняет внутренний обьем внутреннего кольца 16, часть жидкости (по. ловина) 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 стекает на плиту 3, тарелки. Таким образом, в условиях работы внутреннееи сливная труба 9 и ее нижнее отверстие будут погружены 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 полимериэации, Гаэ (пар) поступает снизу тарелки через прорезис аркоподобными козырьками 5 с тан генциально направленными осями, проходит в жидкость, стекающую на плиту 3 через сливную трубу 9 с кольцевым гидрозатвором, отдает жидкости часть кинетической энергии, в результате И образуется регулярно вращающийся двухфазный поток в горизонтальной плоскости, жидкость совершает радиально-кольцевое движение в горизонтальной плоскости от центра к периферии, а газ 2 ф (пар) - винтообразное движение вверх под вышележащую тарелку и т. д. Вращающийся двухфазный поток отражается от криволинейных лопаток 6 в форме спирали Архимеда, в результате происхо дит турбулизация газового (парового) потока, диспергирование жидкости, перекрестные соударения элементарных объемов газа (пара) и жидкости, что приводит к интенсификации массообмена зр в Фазах и к повышению эффективности массообмена контактной тарелки.С помощью сепарационного .кольца 13 Формируется регулярно вращающийся двухфазный поток на плите 3 тарелки, жид- з кость, совершив радиально-кольцевое движение от центра кольцевого гидро- затвора к стенкам сепарационного кольца 13 под действием центробежных сил, перетекает через зазор между кольцом 13 и плитой 3 на периферийную часть плиты 3 тарелки, а гаэ (пар) совершает винтообразное движение вверх, отделившись от жидкости. За счет установки сепарационного кольца 13 обес. печивается увеличение скорости газа (пара) по.сравнению с барботажными тарелками без брызгоуноса. В условиях работы часть жидкости, находящаяся во вращающемся двухфазном потоке ближе к центру тарелки, сливается в сегментный сливной карман 7, а другая часть, находящаяся во вращающемся двухфазном потоке ближе к периферийной части тарелки непосредственно у стенки колонм ф ны, проходит по инерции по кольцевои полке 29 с арочными прорезями 4 с ар коподобными козырьками 5 и повторно контактирует с газом (паром) в периферийной части тарелки. За счет высоких радиальной и окружной скоростей жидкости последняя продолжает движение у стенки колонны на плите 3 тарелки под действием перекрестных ударов газа (пара), поднимающегося вверх, что приводит к образованию дополнительной высокотурбулиэированной межфазной поверхности, в результате чего также значительно повышается эффективность массообмена контактной ступени.Жидкость многократно совершает вращательное движение в периферийной части тарелки у стенки колонны и стекает в сегментный карман 7 и по сливной трубе 9 - в центр кольцевого гидрозатвора нижележащей тарелки. Увеличение слоя жидкости в периферийной части тарелки за счет ее рециркуляции во вращающемся двухфазном потоке способствует также увеличению слоя жидкости в более близких к центру сечениях тарелки вследствие распределения жидкости в поле центробежных сил по параболоиду вращения, что обеспечивает увеличение объема удерживаемой жидкости на тарелке, а значит, увеличение времени контакта жидкости с газом (паром) и повышение эффективности массо- обмена контактной тарелки. Кроме того, при прохождении двухфазного потока по кольцевой полке с арочными прорезями 4 происходит эжекция газа (пара) через прорези 4 из сегментного сливного кармана 7, что обеспечивает сепарацию фаз и улучшение работы сливных устройств и позволяет уменьшить сечение сливных устройств. Так как сечение сегментного сливного кармана 7 увеличивается сверху вниз, то этим,тсамым уменьшается смещение центра входного отверстия 10 сливной трубы 9 по отношению к центру выходного отверстия сливной трубы 9. При этомувеличение сечения нижнего основания 8 сливного сегментного кармана 7 не приводит к уменьшению рабочей площади плиты 3 тарелки,В связи с большой разрешающей способностью предложенной струйной тарелки принимать большие нагрузкипо газу (пару), она заложена в проекты по замене барботажных тарелок вколоннах диаметром от 1200 до 4000 ммна Куйбышевском АТЗ, на Новокуйбышевском и Нижнекамском НХК с целью увеличения.производительности колонн в 2 раза по сравнению с барботажными клапанными тарелками. Годовой эконоФормула изобретения 9 9675 мический эффект от внедрения колонн с новыми струйными тарелками среднего диаметра 3000 мм за счет увеличения производительности, улучшения чистоты разделения, уменьшения гидрав лического сопротивления при сопоставимых условиях и снижения себестоимости продукции может составить около 150 тыс. руб. Струйная тарелка для массообменных колонн, содержащая горизонтальную ф круглую плиту с тангенциально направленными арочными прорезями для прохода газа (пара), расположенными по концентрическим окружностям, вертикальные криволинейные лопатки в форме спирали Архимеда, установленные на плите и изогнутые в сторону открытия арочных прорезей, сливное устройство со. сливным карманом, кольцевой гидрозат 2 00 .10вор, сепарационное кольцо, установлен. ное коаксиально кольцевому гидрозатвору и расположенное на расстоянииотносительно круглой плиты тарелки; о тл и ч а ю щ а я с я тем, что, с целью интенсификации массообмена между газом (паром) и жидкостью при больших объемных скоростях газа (пара) и малых нагрузках по жидкости за счет увеличения времени контакта жидкости с газом (паром) в периферийной части тарелки,струйная тарелка снабжена коль цевой полкой, расположенной у стенок. колонны с перекрытием меньшей части сливного кармана и выполненной с тангенциально направленными арочными прорезями, размещенными по концентричес" ким окружностям.Источники информации, принятые во внимание при экспертизе1. Авторское свидетельство СССР Й 911958, кл. В 01 О 3/30, 19712. Авторское свидетельство СССР по заявке Иф 2526118/26, 1977.967500 Ж-Ж Ь 7 83-3 О оставитель С. Барановехред С. Мигунова орректор.О, Била Редактор АЛукач каз 9181 Тираж 734 ВНИИПИ Государственного ком по делам изобретений и о 035, Москва, Ж, Раувская