Колонна для тепломассообменных процессов между газом (паром) и жидкостью

Колонна для тепломассообменных процессов между газом (паром) и жидкостью

Реферат

 

Изобретение относится к колонным аппаратам для систем газ (пар) - жидкость и может быть использовано в процессах ректификации, абсорбции, промывки газов. Цель изобретения - повышение эффективности массообмена за счет увеличения рабочей площади тарелок, упрощение конструкции за счет исключения сливных устройств и уплотнений насадок, снижение металлоемкости за счет отсутствия сливных сегментов, карманов и труб. Это достигается тем, что в колонне поярусно и поочередно расположены основные тарелки с арочными прорезями с тангенциально направленными осями с движением жидкости от центра к периферии и промежуточные тарелки с арочными прорезями, направленными тангенциально в периферийной части, с плавным изменением направления осей от периферии к центру, на которых жидкость движется от периферии к центру, причем свободное сечение арочных прорезей промежуточных тарелок больше, чем основных. Направление осей арочных прорезей на промежуточных тарелках плавно изменяется от тангенциального в периферийной части тарелки к радиальному в остальной части тарелки. Через дополнительную тарелку проходит центральная труба, снабженная крестовиной, установленной внутри нее и выступающей над плитой, с установленным на ней сепаратором в виде цилиндра, в боковых стенках которого выполнены вырубным методом лепестки, отогнутые в радиальных направлениях наружу. 10 ил.

Изобретение относится к колонным аппаратам для систем газ (пар) - жидкость, в которых жидкость движется сверху вниз и контактирует с газом (паром), поднимающимся по колонне вверх, и может быть использовано в процессах ректификации, абсорбции, промывки газов, в химической, нефтехимической, газовой и других отраслях промышленности в условиях сильно агрессивных сред. Цель изобретения повышение эффективности массообмена за счет увеличения пропускной способности по газу и жидкости, упрощение конструкции и снижение металлоемкости. На фиг. 1 изображена часть колонны с контактными тарелками и сливными устройствами, вертикальный разрез; на фиг. 2 разрез А-А на фиг. 1; на фиг. 3 разрез Б-Б на фиг. 1; на фиг. 4 разрез В-В на фиг. 1 на фиг. 5 разрез Г-Г на фиг. 2; на фиг. 6 разрез Д-Д на фиг. 2; на фиг. 7- разрез Е-Е на фиг. 2; на фиг. 8 разрез Ж-Ж на фиг. 2; на фиг. 9 разрез И-И на фиг. 3; на фиг. 10 разрез К-К на фиг. 3. Колонна для тепломассообменных процессов между газом (паром) и жидкостью (фиг. 1-5) содержит цилиндрический корпус 1 с установленными в нем поочередно одна под другой основными горизонтальными тарелками 2 в виде горизонтальных плит с тангенциально направленными арочными прорезями 3 для прохода газа (пара) выполненными выпуклостями вверх и расположенным и по концентрическим окружностям (фиг. 6, 7); сливные устройства с центральной сливной трубой 4 и проточным кольцевым гидрозатвором, выполненным из концентрически расположенных вокруг сливной трубы 4 цилиндрических колец 5 и 6, установленных с зазором относительно тарелок 2, увеличивающимся к наружному кольцу 6; установленные симметрично на тарелке 2 отбойные пластины 7, изогнутые в форме спирали Архимеда, расходящиеся от центра к периферии и закрученные в сторону, соответствующую направлению выхода струй газа (пара) из арочных прорезей 3. В периферийной зоне тарелок 2 (фиг. 8), соприкасающихся со стенкой корпуса 1, выполнены радиальные и прерывистые разрезы по окружности с образованием лепестков 8, отогнутых по отношению к горизонтальной плоскости тангенциально, поочередно, вверх в сторону, противоположную направлению осей арочных прорезей 3, и вниз по направлению, совпадающему с направлением открытия арочных прорезей 3. Под проточным кольцевым гидрозатвором выполнены арочные прорези 9 с радиальным направлением осей от центра к периферии. Между основными тарелками 2 по высоте цилиндрического корпуса 1 установлены промежуточные тарелки 10 в виде горизонтальных плит с арочными прорезями 11 выпуклостью вверх, расположенными по концентрическим окружностям, с направлением осей арочных прорезей 11, изменяющимся от тангенциального в периферийной части тарелки 10, совпадающим с направлением осей арочных прорезей 3 на основных тарелках 2, к радиальному от периферии к центру в остальной части тарелки 10, причем свободное сечение арочных прорезей 11 для прохода газа (пара) на тарелках 10 больше, чем свободное сечение арочных прорезей 3 и 9 основных тарелок 2. К центру промежуточной тарелки 10 (фиг.9,10) прикреплена верхним концом центральная сливная труба 4, опускающаяся в центр нижерасположенной основной тарелки 2. В центральную сливную трубу 4 сверху вставлена крестовина 12, выступающая над тарелкой 10, на крестовине установлен сепаратор 13 в виде цилиндра, в боковых стенках которого выполнены вырубным методом лопатки (лепестки) 14, отогнутые в радиальных направлениях наружу. На самую верхнюю основную тарелку 2 жидкость подается по трубе 15 через патрубок 16. Центральная сливная труба 4 из центра самой нижней промежуточной тарелки 10 выполнена удлиненной и опущена в гидрозатвор (на фигурах не показано). Колонна для тепломассообменных процессов между газом (паром) и жидкостью работает следующим образом. Газ (пар) поступает в колонну снизу (фиг. 1-10) под самую нижнюю промежуточную тарелку 10, проходит через арочные прорези 11 и взаимодействует с жидкостью на тарелке. В результате в периферийной части тарелки 10 под действием тангенциально направленных струй газа (пара), выходящих из арочных прорезей 11, образуется регулярно вращающийся двухфазный поток газа (пара) и жидкости, из которого газ (пар) отделяется после агрегата с жидкостью и поднимается под вышерасположенную основную тарелку 2, а жидкость по мере ее накопления перемещается от периферии к центру, где увлекается потоком газа (пара) направленным в радиальном направлении, и проходит через окна в сепаратор 13 с радиально отогнутыми лепестками 14. В сепараторе 13 жидкость отделяется от газа (пара) и стекает по центральной сливной трубе 4. Плоскости крестовины 12 являются отражателями жидкости, предупреждают воронкообразование жидкости в сливной трубе 4 и служат основой для вертикальной фиксации сепаратора 13. При прохождении газа (пара) через арочные прорези 3 с тангенциально направленными осями на основной тарелке 2 при взаимодействии с жидкостью образуется регулярно вращающийся двухфазный поток, при этом под действием центробежных сил жидкость совершает радиально-кольцевое движение от центра к периферии, а газ (пар) винтообразное движение вверх под вышерасположенную промежуточную тарелку 10 и т.д. На самую верхнюю основную тарелку жидкость подается по трубе через патрубок 16. В периферийной части тарелки 2 у стенки колонны 1 вращающийся поток жидкости под действием сил инерции отражается от лепестков 8, отогнутых вверх навстречу потоку, и стекает на нижерасположенную промежуточную тарелку 10 Как на основной тарелке 2, так и на промежуточной тарелке 10 в периферийной части тарелок происходит интенсивное взаимодействие вращающегося потока жидкости с газом (паром), причем на тарелке 2 стекает только жидкость в прорезях между лепестками 8, а на тарелке 10 через арочные прорези 11 с тангенциально направленными осями проходит только газ (пар). При этом в обоих случаях благодаря принципу взаимодействия газа (пара) с жидкостью не требуется уплотнение между тарелками 2 и 10 и корпусом 1 колонные что позволяет значительно упростить конструкцию колонны, снизить ее металлоемкость и трудоемкость изготовления, монтажа-демонтажа и ремонта. На основной тарелке 2 взаимодействие газа (пара) происходит в поле центробежных сил, что, как известно, обеспечивает значительное увеличение допустимых нагрузок по газу (пару) и жидкости без брызгоуноса по сравнению с барботажными тарелками. На промежуточной тарелке 10 в периферийной ее части также происходит вращение двухфазного потока, а на остальной части имеет место преимущественно однонаправленное струйное движение газа (пара) и жидкости от периферии к центру, причем допустимые скорости газа (пара) будут выше, чем на барботажных тарелках и могут быть близки к скоростям на основных тарелках 2, так как свободное сечение арочных прорезей 11 тарелок 10 немного больше, чем свободное сечение арочных прорезей 3 и 9 тарелок 2, в результате чего на тарелках 10 будет преобладать смешанный струйно-барботажный режим работы с высокой пропускной способностью по газу (пару) и жидкости, высоким газо (паро) жидкостным слоем и естественное высокой эффективностью массообмена (эффективность по Мерфри ). Таким образом, предлагаемая колонна для тепломассообменных процессов между газом (паром) и жидкостью обеспечивает высокую пропускную способность по газу (пару) и жидкости, примерно в два раза превышающую способность колонн с барботажными колпачковыми и клапанными тарелками при сравнимых условиях, и высокую эффективность массообмена, которая в 1,15- 1,25 раза выше эффективности колонн с барботажными тарелками. Это позволяет при реконструкции известных колонн с барботажными тарелками с целью наращивания мощностей в кратное число раз увеличивать производительность и высвобождать колонны, в то время как замена барботажных тарелок центробежно-вихревыми тарелками с регулярно вращающимся потоком обеспечивает увеличение, как правило, в среднем в 2,5 раза и при реконструкции известных колонн с барботажными тарелками с заменой их центробежновихревыми реконструированные колонны часто остаются недогруженными, что одновременно приводит к снижению их эффективности массообмена (эффективности по Мерфри) при скоростях газа (пара), меньших оптимальных. Технические преимущества предлагаемой колонны для тепломассообменных процессов между газом (паром) и жидкостью по сравнению с прототипом заключаются в значительном упрощении конструкций контактных тарелок, в отсутствии уплотнений, уменьшении металлоемкости, в повышении эффективности массообмена (эффективность по Мерфри) при высоких нагрузках по газу (пару) и жидкости. Общественно-полезные преимущества предлагаемой колонны, вытекающие из технических преимуществ по сравнению с прототипом, заключаются в уменьшении трудовых затрат на изготовление, монтаж, демонтаж и ремонт колонны, уменьшении металлоемкости и стоимости изготовления, уменьшении расхода греющего пара на ректификацию за счет возможности уменьшения рабочего флегмового отношения при более высокой эффективности массообмена, что в итоге обеспечивает повышение качества продуктов разделения ректификацией и снижение себестоимости продуктов. Экономический эффект от использования изобретения по сравнению с прототипом может быть обеспечен за счет уменьшения амортизационных затрат благодаря уменьшению металлоемкости и стоимости изготовления тарелок, за счет уменьшения эксплуатационных затрат по монтажу, демонтажу и ремонту тарелок, за счет уменьшения расхода греющего пара на ректификацию при более высокой эффективности разделения колонны и возможности уменьшения рабочего флегмового отношения. 2 4 6 8

Формула изобретения

Колонна для тепломассообменных процессов между газом (паром) и жидкостью, содержащая установленные в цилиндрическом корпусе одна над другой контактные тарелки, состоящие из горизонтальных перфорированных плит с перфорациями, выполненными в виде арочных прорезей выпуклостью вверх для прохода газа (пара), расположенных по концентрическим окружностям, с осями прорезей, направленными тангенциально по отношению к центру и в одну сторону, сливное устройство с центральной сливной трубой и проточным кольцевым гидрозатвором, выполненным из концентрически расположенных вокруг сливной трубы цилиндрических колец, установленных с зазором относительно плиты тарелки, увеличивающимся к наружному кольцу, установленные симметрично на плите тарелки отбойные пластины, изогнутые в форме спирали Архимеда, расходящиеся от центра к периферии и закрученные в сторону, соответствующую направлению выхода струй газа (пара) из арочных прорезей, в периферийной части плит тарелок, соприкасающихся со стенкой цилиндрического корпуса, кольцевая часть выполнена без арочных прорезей, на ней выполнены радиальные и прерывистые разрезы по окружности с образованием лепестков, отогнутых по отношению к горизонтальной плоскости тангенциально, поочередно, вверх в сторону, противоположную направлению осей арочных прорезей, и вниз по направлению, совпадающему с направлением открытия арочных прорезей, под проточным кольцевым гидрозатвором выполнены арочные прорези с радиальными направлениями осей от центра к периферии, отличающаяся тем, что, с целью повышения эффективности массообмена за счет увеличения пропускной способности по газу и жидкости, упрощения конструкции и снижения металлоемкости, между основными тарелками по высоте колонны установлены дополнительные тарелки в виде горизонтальных плит с арочными прорезями выпуклостью вверх, расположенными по концентрическим окружностям, с направлением осей арочных прорезей, изменяющимся от тангенциального в периферийной части плит, совпадающим с направлением осей арочных прорезей на остальной части плит, к радиальному от периферии к центру в остальной части плит, причем свободное сечение арочных прорезей для прохода газа (пара) в дополнительных тарелках больше, чем в основных тарелках, центральная труба проходит через дополнительную тарелку и снабжена крестовиной, установленной внутри нее и выступающей над плитой тарелки, с установленным на ней сепаратором в виде цилиндра, в боковых стенках которого выполнены вырубным методом лепестки, отогнутые в радиальных направлениях наружу.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6, Рисунок 7, Рисунок 8, Рисунок 9, Рисунок 10

MM4A Досрочное прекращение действия патента Российской Федерации на изобретение из-за неуплаты в установленный срок пошлины за поддержание патента в силе

Номер и год публикации бюллетеня: 8-2000

Извещение опубликовано: 20.03.2000