Роторная массообменная колонна

Роторная массообменная колонна

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Союз Советскик

Социапистических

Республик

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное н авт. свид-ву 9203621 (22) Заявлено 29,1228 (2.т) 2706025/23-26 с присоединением заявки Йо (23) Приоритет

Опубликовано 300781 Бюллетень Й9 28 р )м. кл.

В 01 D 3/30

Государствеииый комитет

СССР яо делам изобретений и открнти (53) УДК 66 ° 015-23 (088. 8) Дата опубликования описания 3007.81 (72) Авторы изобретения

A.Â.ØàôðàíoâñêHé и B.N.Oëåâñêèé (7 3 ) 3a яв и тель (54) РОТОРНАЯ МАССООБМЕННАЯ КОЛОННА

Изобретение относится к оборудованию для проведения массообменных процессов между газом и жидкостью, в частности для ректнфикации под вакуумом веществ, чувствительных к повышенным температурам.

Известна массообменная колонна, содержащая корпус, размещенную в корпусе регулярную орошаемую насадку, о выполненную в виде гофрированных сетчаткх лент, изготовленных из мелкоячеистой плетеной ткани, а также средства для подвода жидкости к регулярной насадке . Ленты расположены вертикально и гофры выполнены под некоторым углом к вертикали, большое количество лент прижаты одна к дру-. гой, образуя цилиндрический блок, называемый насадкой Зульцер. При достаточном орошении эффективность 2О массообмена в колонне с насадкой

Зульцер очень высока и составляет

5-10 теоретических тарелок на 1 м высоты насадки Г11 .

Однако при удельной плотности орошения насадки менее 0,8 м /м -ч о. пленка жидкости на поверхности насадки разрывается и эффективность насадки резко уменьшается. При вакуумной ректификации с небольшим флег- ЗО мовым числом, когда удельная плотность орошения насадки часто бывает намного ниже величины 0,8 м /м .ч насадка Зульцер не эффективна (т.е. не работоспособна), вследствие неполного смачивания ее поверхности.

При плотностях орошения менее

0,8 мз/м ч полное смачивание поверхноСти, а следовательно и работоспособность насадки обеспечивается в массообменных аппаратах с регулярной орошаемой насадкой, выполненной из отбортованных желобов, расположенных по спирали.

По основному авт.св. Р203621 известна роторная массообменная колонна, содержащая корпус, размещенные в корпусе контактные стУпеньки, выполненные в виде спирали с отогнутыми кромками, и средства для подвода жидкости. Между отбортованными спиральными желобами имеются зазоры для прохода газа в поперечном к виткам спирали направлении. Жидкость течет в виде пленки под действием центробежных сил, возникающих в результате вращения контактной ступени вокруг вертикальной оси. Подобные аппараты сохраняют работоспособность и при значительно меньших плотностях оро850106 шения, например, при О, 25 м /и + ч благодаря тому, что весь поток жидкости на контактной ступени течет вдоль сравнительно небольшого числа достаточно узких отбортованных спиралей. Тем самым обеспечивается полное смачивание ступени, даже небольшим количеством жидкости (2.(.

Однако в известной колонне недос таточно развита поверхность орошения, достигаемая в единице объема колонны, что ограничивает повышение ее эффективности.

В известной колонне число теоретических тарелок на 1 м высоты насадки составляет не более четырех. Дальнейшее повышение эффективности этого аппарата при малых плотностях орошения казалось бы можно обеспечить дальнейшим развитием поверхности орошения в единице объема аппарата за счет уменьшения величины зазора между соседними отбортованными витками спирали, но опытные исследования показывают, что уменьшение зазоров до величины порядка 1-3 мм резко снижает коэффициенты массопередачи.

Поэтому, несмотря на увеличение поверхности орошения в единице объема контактной ступени, эффективность аппарата все равно не повышается.

При уменьшении зазоров до величины порядка 1-3 мм имеет место налипание жидкости на обе стенки зазора, при этом недопустимо увеличивается гидравлическое сопротивление аппарата, ухудшается равномерность распределения газового потока в зазорах, за счет чего эффективность массвобмена . дополнительно ухудшается.

Полная же замена контактной ступени из спирали на насадку из гофрированных сетчатых лент (насадку

Зульцера) при малых плотностях орошения приводит к ухудшению эффективности аппарата.

Цель изобретения — повышение эффективности массообмена при малых плотностях орошения.

Указанная цель достигается тем, что колонна снабжена расположенной между витками каждой спирали гофрированной сетчатой лентой, с гофрами, соприкасающимися с поверхностью спирали.

На фиг. 1 изображена колонна, продольный разрез; на фиг. 2 — элемент контактной ступени, вид в аксонометрии; на фиг. 3 — массообменная . колодина с контактной ступенью, закрепленной на валу, продольный раз.рез; на фиг. 4 — разрез А-A на фиг.3; на фиг. 5 — массообменная колонна с контактной ступенью, закрепленной на горизонтальном валу, продольный разрез.

Колонна содержит корпус 1 с контактной ступенью 2, выполненной из желобов 3 и имеющей вид нисходящей спирали или геликоидной поверхности

Корпус 1 снабжен патрубком 4 для входа газа, патрубком 5-для выхода газа, патрубком 6 для ввода жидкости и патрубком 7 для вывода жидкости. Контактная ступень 2 имеет вид полого кольцеобразного пакета, снабженного вверху отражательной перегородкой 8. Внутрь пакета снизу введен внутренний патрубок 9, являющийся продолжением патрубка 7. В просветах между соседними нитками спирали, образованной желобами 3, расположены ленты 10 из мелкоячеистой проволочной ткани, установленные в руслах желобов 3 (фиг.2). Ленты гофрированы, причем гофры расположены поперек желобов 3, т.е. вытянуты от одного края желоба к другому. Нижние выступы 11 гофр касаются орошаемого днища 12 желоба 3, обеспечивая подъем жидкости

20 вверх по гофрам лент 10 из мелкоячеистой проволочной ткани под действием капиллярных сил.

Контактная ступень 2 может быть неподвижной, в этом случае просветы д5 между соседними желобами 3, а следовательно.и гофры лент 10 не должны быть слишком большими, чтобы обеспечить более полное смачивание мелкоячеистой проволочной ткани.

Просветы или зазоры между желобами

3 могут быть увеличены, если контактной ступени сообщить периодические колебания. В этом случае гофры лент

10 имеют большую высоту, так как их лучшее смачивание обеспечивается местнымИ наплывами пленки жидкости, которые возникают за счет волнообразования и других нерегулярностей, генерируемых на поверхности пленки при ее колебаниях. Для того, чтобы

40 контактной ступени 2 можно было сообщить периодические колебания, она закреплена на центральном штоке

13, который установлен с возможностью ограниченных перемещений в цапфах 14.

Контактная ступень 2 может быть жестко связана со штоком 13 посредством ребер 15. Шток 13 должен быть снабжен приводом 16, сообщающим штоку 13 либо вертикальные возвратнопоступательные перемещения по стрелкам д, либо возвратно-поворотные (вокруг оси штока) перемещения по стрелкам 5 ..

В роторных колоннах (фиг. 3 и 4) в вертикальном цилиндрическом корпусе 17 соосно установлен вал 18, на котором смонтированы ступени 19, каждая из которых представляет собой регулярную насадку, выполненную из желобов 20, связанных радиальными

Щ стержнями 21 с посадочной втулкой 22.

Желобы 20 расположены в виде, например, двухзаходной архимедовой спирали, закрученной вокруг вала 18. Ленты 23 из мелкоячеистой проволочной д ткани, снабженные гофрами, установ850106 лены в рУслах желобов 20. Лотки 24, предназначенные для подачи жидкости на желобы 20, снабжены в днище слив-. ными отверстиями 25 и расположены под кольцевыми карманами 26 на внутренней поверхности корпуса 17. В днище кольцевых карманов 26 имеются отверстия 27 для слива жидкости на лотки 24. Гофрированные ленты из мелкоячеистой проволочной ткани могут быть также установлены в контакт ной ступени, вращающейся вокруг горизонтальной оси (фиг.5). В корпусе 28 в подшипниках 29 установлен горизонтальный вал 30, несущий контактную ступень 31, выполненную из желобов 33, закрученных по архимедовой спирали. Гофрированные ленты 33 из мелкоячеистой проволочной ткани установлены в руслах желобов 32. В корпусе предусмотрены патрубки 34 и

35 для входа и выхода газа и патрубки 36 и 37 для входа и выхода жидкости.

Горизонтальное расположение вала

30 способствует образованию местных наплывов в пленке жидкости, орошающей желобы 32. Эти наплывы расположены в самых нижних точках каждого витка архимедовой спирали. Желобы 32 связаны радиальными ребрами 38 с полой посадочной втулкой 39, снабженной прорезями 40 для прохода жидкости.

Аппарат (фиг. 1 и 2) работает следующим образом.

Жидкость через патрубок 6 попадает на желобы 3, расположенные в виде геликоидной спирали, и стекает вниз под действием силы тяжести, орошая нижние выступы 11 гофр лент 10.

Под действием капиллярных сил ленты 10 пропитываются жидкостью .

Особенно эффективно пропитка лент

10 осуществляется, когда контактная ступень 2 подвержена колебаниям по стрелкам ц или б . Жидкость стекает с контактной ступени 2 на дно корпуса 1 и выводится наружу через патрубок 7. -Газ поступает в аппарат через пат1зубок 4, проникает в центральную часть контактной ступени, далее через зазоры между желобами 3, т.е. вдоль гофр лент 10, проходит в кольцевой промежуток между корпусом 1 и йасадкой 2. Через патрубок 5 газ выВодится из аппарата.

В аппарате (фиг. 3 и 4) газ проходит снизу вверх, пересекая зазоры между желобами 20, заполненными лентами 23 из мелкоячеистой проволочной ткани. В аппарате (фиг. 3) ленты 33 почти полностью погружаются в жидкость при вращении контактной ступени 31.

Предлагаемая колонна позволяет обеспечить высокую эффективность при очень малых плотностях орошения.

Например, при ректификации капролактама (с целью его очистки от тяжело $ кипящих примесей в производстве капролактама) применяли двенадцать контактных ступеней при флегмовом числе

0,1 в дистилляте получают 1,2 м /ч очищенного капролактама. В колонну

Щ в качестве орошения (флегмы) подают

1,2 0,1 =.0,12 м /ч капролактама.

Так как внутренний диаметр колонны составляет 1,4 м, то удельная плотность орошения 0,08 м /ч.

25 Однако размещение гофрированных сетчатых лент между отбортованными спиральными желобами позволяет увеличить число теоретических тарелок с 3 до 5 на 1 м высоты насадки, т.е. общая эффективность колонны при. этом составит 11,5 теоретических тарелок.

В итоге повышается качество товарного капролактама.

Формула изобретения

Роторная массообменная колонна по авт.св. 9203621, о т л и ч а ю— щ а я с я тем, что, с целью повыше40 йия эффективности массообмена 1IpH малых плотностях орошения, она снабжена расположенной между витками каждой спирали. сетчатой лентой с гофрами, соприкасающимися с поверх4 ностью спирали °

Источники информации, принятые во .внимание при экспертизе

1. Коган Б.Б,. и др. Оборудование дИя разделения смесей под вакуумом. 0 Л., 1976, с. 89-91.

2. Авторское свидетельство СССР

@203621, кл. В 01 D 33//3300, 02 ° 06.66.

850106 л ггаг

14

Фиг./

Фиг. Я

А -,4

Фиг.5

Составитель С. Баранова

Техред М.Рейвес Корректор М.Коста

Редактор И.Ковальчук

Заказ 6178/4 Тираж 706 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4