Тарелка для массообменных колонн
Иллюстрации
Реферат
ТАРЕЛКА ДЛЯ МАССООБМЕИНЫХ КОЛОНН по авт. св. № 845309, о т л ич а к щ а я с я тем, что, с целью интенсификации массообмена между газом (паром) и жидкостью путем увеличения времени контакта фаз, равномерного распределения фаз по сечению тарелки, использования полезной площади переливного кармана, плита тарелки снабжена сегментом, установленным вкармане и перекрывающим часть его ближе к центру тарелки, причем в сегменте вьтолнены арочные прорези в направлении арочных прорезей плиты. 14 Л б 6 Од 4 0
091 (И) СОЮЗ СОВЕТСКИХ
ОР.И Д
РЕСПУБЛИК
14164 А
1511 В 01 В 3/20, В 01 D 3/30
:.= 6
/ Ф . - is
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ к ABTopcHohtlY свидетельств
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР
ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (61) 845309
-(21) 2608677/23-26 (22) 25.04.78 . (46) 07.10.84. Бюл. 8 37 (72). И.П. Слободяник (71) Краснодарский политехнический институт (53) 66 ° 048.375(088.8) (54)(57) ТАРЕЛКА ДЛЯ МАССООБИЕННЫХ
КОЛОНН по авт. св. В 845309, о т л ич а ю щ а я с я.тем, что, с целью интенсификации массообмена между газом (паром) и жидкостью путем увеличения времени контакта фаз, равномерного распределения фаз по сечению тарелки, использования полезной площади переливного кармана, плита тарелки снабжена сегментом, установленным в кармане и перекрывающим часть его ближе к центру тарелки, причем в сегменте выполнены арочные прорези в направлении арочных прорезей плиты.
1 1014
Изобретение относится к контактным устройствам для систем газ (пар)" жидкость, используемых в ректификационных, дистилляционных, абсорбционных и промывных колоннах, в которых жидкость движется сверху вниз и контактирует с газом (паром), под нима1ощимся по колонне вверх, где требуется обеспечить эффективный контакт между газом (паром) и очень большими количествами жидкости и в жидкой фазе имеются твердые частицы или продукты полимеризации.
Известна тарелка, для массообменных колонн имеющая горизонтальную круглую плиту с тангенциально направленными арочными прорезями для прохода газа (пара), расположенпымп по концентрическим окружностям, всрт1п лльнь,е криволинейные лопатки в форме спирали Архимеда. Установленные па плите и изогнутые в сторону „ открытия арочных прорезей, сливное устройство для слива жидкости с верхней па нижнюю тарелку со сливным карманом, выполненным в виде сегмента с расширяющимся сверху вниз сечеаием, соединенным основанием с перхпей кромкой сливной трубы, кольцевой гндрозатвор, выполненный из концентрически расположенных вокруг сливной трубы цилиндрических колец, установленных на расстоянии отАсительно круглой плиты тарелки, увели" чизающимся к наружному кольцу, сепарацнопное кольцо, установленное коаксиип.но кольцевому гидрозатвору и расположенное на расстоянии относи" тельно круглой плиты тарелки, при-. чем центр кольцевого гидроэатвора смещен по отношению к центру тарелки в сторону, противоположную расположению сегментного кармана, на
0,05-0,1 диаметра тарелки.
Известная тарелка для массообменных колонн работает следующим образом. Жидкость стекает по сливной трубе и заполняет внутренний объем внутреннего кольца, часть жидкости (половипа) проходит в зазор между внутренним кольцом и плитой, осталь- 50 ная 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 усло«пях работы внутреннее кольцо будет заполнено жидкостью, и нижнее от164 2 верстие 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 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 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, совершив
1 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 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 сегментный сливной карман. Иэ сегментного сливного кармана жидкость стекает rro сливной трубе в центр коль% 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 рабочая 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 узком
20 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 сегментному
30 сливному карману, приводящему к барботажному режиму работы, замедлению скорости вращения жидкости, образованию высокого слоя пены непосредственно перед сливом жидкости в сегментный сливной карман, захпебыва-. 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 фаз в поле центробежных сил.
Цель изобретения — интенсифика- 4 ция 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),иэ сливных устройств в условиях работы при больших нагрузках по жидкости порядка
80-!00 м /м ч и выше и выi.оких схо- S5 ростях газа (пара).
Поставленная цель достигается .тем, что известная тарелка для массообмен164 б ных колонн снабжена сегментом, установленным B кармане и перекрывающим часть его ближе к центру тарелки, причем в сегменте выполнены арочные прорези s направлении арочных прорезей плиты. Прорези совпадают по размерам, расположению 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 сегменте отсасывается 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 струйными тарелками; 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 увеличенном масштабе); на фиг. 7 - разрез E-P на фиг. 6; на фиг. 8 — разрез Ж-Ж на фиг. 2; на фиг. 9 — разрез К-К на фиг. 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 .аркоподобными козырьками 5 и расположенными о 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 аркоподобными козырьками 5, сегментный карман 7, расширяющийся сверху вниз, с нижним основанием 8 (см. фиг. 1,2,5), сливную трубу 9 с верхним 1О и нижним 11 отверстиями для слива жидкости со сливного кармана 7 в центр кольцевого гидрозатвора нижележащей тарелки с зазором 12 между нижней кромкой сливной трубы 9 и плоскостью плиты 3 тарелки
5 10141 для прохода жидкости, над.плитой 3 тарелки (см. фиг. 1,2) коаксиально по отношению к центру кольцевого гидрозатвора и по отношению к оси сливной трубы 9 установлено сепара" ционное кольцо 13 с зазором 14 между нижней кромкой 15 кольца 13 и плоскостью плиты 3 для прохода жидкости.
Кольцевой гидрозатвор представляет собой концентрически расположенных 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 зазором 20 между нижней кромкой 21 наружного кольца
17 и плскостью плиты 3 тарелки, причем нижняя кромка 19 внутреннего кольца 16 расположена ниже нижней кромки сливной трубы 9 и нижней кром- 0 ки ?1 иаруж»ого кольца 17, а верхняя кромка 22 внутреннего кольца 16 расположена выше нижней кромки елин»ой трубы 9 и ниже верхней кромки ?3 наружного кольца 16 так, что при сливе жидкости через сливную трубу 9 образуется гидрозатнор. Над кольц ми 16 и 17 вокруг сливной трубы 9 установлен горизонтальный отбойный диск 24 (см. фиг. 1 и 2) одииаконого диаметра с наружным кольцом 17 и »а некотором расстоянии от верхней кромки 23 наружного кольца 17. Кольца 16 и 17 между собой жестко скреплены пластинами 25 и с плитой 3 тарелки — стержнями 26, а
35 сепарациониое кольцо 13 прикреплено кронштейнами 27 к плите 3 тарелки.
Сегментный сливной карман 7 (см. фиг. i,2,5,8) образован корпусом 2 колонны 1, нижним основанием 8 и двумя наклонными боковыми стенками
28 ° Центр кольцевого гидрозатвора со сливной трубой 9 смещен по отноI шеиию цептра тарелки в сторону от
45 сегментного сливного кармана 7 на
0,05-0,1 диаметра тарелки. Меньшая часть сегментного кармана 7, расположенная ближе к центру тарелки, перекрыта сегментом 29 (см. фиг.2,9), в котором вырублены арочные прорези
4 с аркоподобными козырьками 5,. причем их размеры, расположенные по концентрическим окружностям, и тан" генциальное направление осей прорезей полностью совпадает с арочными прорезями в круглой плите тарелки.
Жидкость на самую верхнюю тарелку подается через трубу с кольцевым гид64 6 розатвором, 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 п1 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 под действием центробежных сил, перетекает через зазор между кольцом 13 и плитой 3 на периферийную часть плиты
3 тарелки, а газ (пар) совершает
7 1014 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- ° fÎ 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- 2О 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 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 8 фазами 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 отверстия
10 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 массообменных колонн" за счет увеличения рабочей контактной площади обеспечивает высокие скорости по газу (пару), соответствующие фактору скорости на полное сечение колонны 3,3-3 5 и путем равномерного распределения жидкости в периферийной части тарелки позволяет повысить нагрузки по жидкости иа полное сечение колонны до
80-100 м /м ч и выше.
В связи с большой разрешающей способностью предлагаемой тарелки принимать большие нагрузки по газу (пару) и.жидкости, она может быть заложена о замене насадочных колонн с удельной нагрузкой по жидкости свыше 100 м /м ч на тарельчатые диаметром от 1200 до 4000 мм.
1014164
A-A
w жидкаж
Фиа
10141 64 фиа 7
1 014164
Тираж 681 Подписное
ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий
113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5
Заказ 7036/1
Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4
Составитель А. Сондор
Редактор П. Горькова Техред Ж. Кастелевич Корректор Г. Решетник