Колонна для массообмена
Иллюстрации
Реферат
В. Г.Плаксин, О,Д.Путилина, М.Н.Поспелов
В.С. Патрикеев, В.Н. Пушкарев, В.Г. Назаро
j -..,.
Восточный научно-исследовательский угл химический институт (72) Авторы изобретения вэ ев (7l ) Заявитель (54) КОЛОННА ДЛЯ ИАССООБМЕНА
Изобретение относится к тепломас сообменным аппаратам, предназначенным для взаимодействия жидкости с паром (газом), и может быть использовано в химической нефтехимичесЭ
S кой и других отраслях промышленности.
Известно устройство для тепломассообмена, состоящее из тарелки и установленных над ией двух наклонных отбойников, выполненных иэ наклонных пластин. Отбойиики отстоят от тарелки и друг от друга на некотором расстоянии и имеют сточные устройства (бортики), которые выполнены в виде набора отклоняющих пластин t i2 °
Однако с повышением нагрузки по газу увеличивается вынос зидкости на отстойники, которые быстро захлебываются вследствие того, что сточные устройства, лишенные гидрозатвора, не смогут отвести с отбойников жидкость. Часть газа проскакивает через пластинчатое сточное устройство в противотоке со стекакщей жидкостью, ускоряя захлебыва. ние отбойников. Кроме того, расположение отбойников данной конструкции над тарелкой требует большой высоты межтарельчатого пространства, что увеличивает габариты колонн.
Известно устройство для тепломассообмена, состоящее иэ горизонтальной тарелки, выполненной в виде корытообраэных элементов с дырчатъвчи колпаками над ними, и пластинчатого зигзагообразного сепаратора (аалюзийного отбойника), установленного на некотором расстоянии параллельно тарелке. Сепаратор перекрывает всю площадь поперечного сечения колонны и состоит иэ цилиндрической обечайки, в которой установлены с одинаковым шагом зигзагообразные или плоские наклонные к горизонтали под углом 45-60 пластины. Несколько рядов пластин образуют зигзагообразные проходы для газа, пере. структуру газожидкостного слоя. Иежду тарелкой и отбойником образуется интенсивно турбулизированный газожидкостный слой мелкоячеистой структуры (режнм инверсии фаз — режим эмульгирования), что способствует повышению эффективности процесса и снижает габариты колонн.
На фиг. 1 показана колонна для массообмена (отбойник имеет один сливной карман), разрез, на фиг,2 - вид
А на фиг. 1, на фиг. 3 — колонна дЛя массообмена, отбойник которой имеет несколько сливных карманов, разрез; на фиг. 4 — вид Б на фиг. 3 (для отбойника с двумя сливными карманами на фиг. 5 — вид Б на фиг. 3 (для отбойника с четырьмя сливными карманами).
Колонна для массообмена содержит корпус 1 тарелки 2 произвольной конструкции. В частности ситчатая тарелка имеет приемный карман для жидкости 3, сливной карман 4, планки приемную 5 и сливную б. В приемный карман 3 входит сливное устройство 7 вышележащей тарелки. Над тарелкой параллельно ее плоскости установлен жалюзийный отбойник 8, выполненный из двух или более горизонтальных рядов наклонных пластин 9, образующих зигзагообразные каналы 10. Отбойник снабжен одним сливным карманом 11 и планкой 12, образующей гидрозатвор на нижележащей тарелке 2. При наличии одного сливного кармана пластины 9 верхнего ряда отбойника направлены в сторону сливного кармана 11. При большем диаметре колонны (более 1 м) отбойник снабжается двумя сливными карманами 11 и 13. Тогда одна часть пластин 9 верхнего ряда отбойника направлена в сторону прилежащего кармана 11, другая — к карману 13. Обе части симметричны относительно оси колонны. Отбойник имеет планки 12 и 14, образующие гидрозатворы на нижележащей тарелке 2.
Если диаметр колонны составляет более 3 м, количество сливных карманов отбойника целесообразно увеличить до четырех, ll 13, 15 и lб, каждый из них должен иметь гидрозатвор.. При этом пластины верхнего ряда, а соответственно и нижерасположенные им пластины отбойника, имеют четыре различных направ3 899050 4 крывиощие световой проход по высоте отбойника. Устройство для тепломассообмена снабжено сливным устройством со сливными пластинами $21 °
Недостаток данного устройстванизкая эффективность работы вследствие небольшого запаса жидкости, удерживаемой устройством на тарелке, и отсутствия рециркуляции жидкости.
Кроме того, известное устройство име- 1О ет узкий диапазон эффективной ра боты, ограниченный захлебыванием отбойника. Использование устройства в колоннах требует большой .высоты ее вследствие того, что отбойник 15 устанавливается над тарелкой на расстоянии более 400 мм.
Цель изобретения " увеличение эффективности и уменьшение габаритов колонны
ЗО
Это достигается тем, что в колонне, содержащей тарелку с отбойниками, выполненными из горизонтальных рядов наклонных пластин, образующих зигзагообразные каналы, сливные устройства со сливными пластинами, каждый отбойник снабжен одной или более планками, нижний конец каждой из которых установлен ниже верхнего конца сливной пла-,1 стины, при этом пластины верхнего ряда отбойника наклонены в сторону прилежащих сливных устройств, а расстояние от тарелки,до отбойника составляет 0,5-2,0 от высоты отбойника.
Наличие у отбойника планок, образующих сливные карманы с гидрозатворами, обеспечивает циркуляцию жидкости в контактном устройстве, с верхней плоскости отбойника жидкость сливается на тарелку, повторно участвуя:в массообменном про— цессе на данной тарелке. За счет этого увеличивается запас жидкости на тарелке, и, следовательно, поверхность контакта фаз и эффективность процесса. Наклон пластин верхнего ряда отбойника в сторону прилежащих карманов способствует быстрому освобождению верхней плоскости отбойника от жидкости, что увеличивает диапазон работы устройства по газовой фазе, предотвращая захлебывание отбойника, а также увеличивает циркуляцию жидкости между тарелкой и отбойником. Близкое расположение отбойника от тарелки, равное
0,5-2,0 от его высоты, изменяет
899050
25 ления — в сторону прилежащих карманов.
Отбойник имеет. обычно высоту
100-150 мм и располагается над тарелкой на расстоянии 0,5-2,0 от высоты отбойника. Расстояние между от бойником и тарелкой выбирается в зависимости от скорости газа в колонне. Так, например, для условий работы колонны на системе вода- воз16 дух при скорости газа в колонне до
l м/с расстояние между отбойником и тарелкой принимается равным 0,51 от высоты отбойника, при скорости
1-2 м/с и более расстояние прини15 мается равным 1-2,0 от высоты отбойника. Для газов и паров, отличающихся по плотности от воздуха, скорость газа (пара) для выбора расстояния между отбойником и тарелкой рассчитывается из известного условия равенства F-факторов для воздуха и газа (пара) В" /В 4 = " = Г Г 1 . где Y>> Vq скорость воздуха и газа (пара) соответственно, м/с, Чз, Гг- — плотность воздуха и газа (пара) соответственно.
Колонна для массообмена работает следующим образом.
Поток жидкости поступает через сливное устройство 7 и приемный карман 3 на рабочее полотно тарелки 2, 35 где контактирует с проходящим снизу вверх по колонне газовым потоком. . С увеличением скорости газа барботажный слой возрастает по высоте и касается нижней плоскости отбой- 4О ника 8. Отбойник "зажимает" гаэо- ° жидкостный слой. По нашим наблюдениям на экспериментальном стенде структура слоя становится мелкоячеистой, сам слой высокотурбулизи- 45 рован. Дальнейшее увеличение скорости газа приводит к тому, что газожидкостная смесь прорывается через отбойник и выходит на его верхнюю плоскость. При этом пластины 9 верх- 51} него ряда направляют поток газа и жидкости в сторону сливного кармана 11, где жидкость окончательно сепарируется от газа и через сливной карман отбойника поступает на 55 тарелку 2. В случае двух сливных карманов жидкость, выходящая на поверхность отбойника 8., направляется газовым потоком за счет соответствуницей ориентации пластин 9 верхнего ряда в приемный 3 н сливной 4 карманы тарелки 2. Жидкость, поступающая из сливного кармана 13 отбойника в приемный карман 3, циркули" рует между тарелкой 2 и отбойинком
8. Часть жидкости, поступающая из сливного кармана 11 отбойника в при. емный карман 4 тарелки, также включается в этот циркуляционный процесс.
Расположение сливиых карманов от" бойника может быть самое различное: по периферии (у стенок колонны), в центре колонны и др.
Технико-экономическая эффектив" ность изобретения состоит в следу-. ющем.
Наличие сливных карманов с гидрозатворами обеспечивает слив жидкости с верхней плоскости отбойника на тарелку, следовательно, создает циркуляцию жидкости в контактном устройстве. В свою очередь, циркуляция увеличивает время пребывания жидкости на тарелке, ее запас и улучшает структуру газо-жидкостного слоя (увеличивает поверхность контакта фаз). В результате этого увеличивается эффективность массообмена. Сливные карманы отбойника обеспечивают стабильную работу контактного устройства (тарелка-отбойник ) в режиме захлебывания, когда жидкость выходит на верхнюю плоскость отбойника. При этом расширяется диапазон работы в наиболее эффективном режиме — инверсии фаз, тогда как в известном устройстве наиболее эф— фективный режим работы — режим захлебывания — является предельным режимом, при котором работа колонны не допустима. Кроме того, предусмотренный в предлагаемом устройстве наклон пластин верхнего ряда отбойника в сторону прилежащих карманов способствует быстрому освобождению верхней плоскости отбойника от жидкости, предотвращая ее накопление на отбойнике, что также pac" ширяет диапазон эффективной работы устройства.
К преимуществам устройства относится также близкое расположение отбойника от тарелки, равное 0,5-2,0 от его высоты. Это в лучшую сторону изменяет структуру газожидкостного слоя зажимает" его, обеспечивая работу тарелки в режиме инверсии фаз (режим эмульгирования). Кро899050
Формула изобретения фиг f
Вид А
7 ме того, это обеспечивает, по сравнению с известным решением, снижение высоты колонны в 1,5-2 раза. В известном устройстве расстояние от тарелки до отбойника 400-1000 мм, в предлагаеиом — 50-300 мм.
l. Колонна для.массообмена меж» ду газом (паром) и жидкостью, содержащая горизонтальные тарелки и установленные над ними отбойники, выполненные из двух или более горизонтальных рядов наклонных пластин, образуницих зигзагообразные каналы, сливные устройства со сливнымн пластинами, отличающаяся тем, что, с целью увеличения эффективности и уменьшения габаритов колонны, каждый отбойник снабжен одной или более планками, нижний конец каждой иэ которых установлен ниже верхнего конца сливной пластины, при этом пластины верхнего ряда отбойника наклонены в сторону прилежащих сливных устройств симметрично относительно оси колонны.
1О 2. Колонна по п. 1, о т л и ч аю щ а я с я тем, что расстояние от тарелки до отбойника составляет
0,5-2,0 от высоты отбойника.!
% Источники информации, принятые во внимание при экспертизе
Патент ГДР Ф 129865, кл. В 01 0 3/22, 1972.
2. Авторское свидетельство СССР
30 У 93620, кл. 13 d 27, 1952.
S99050
Жидкость у
12
9
Вид б фиг. Ф
Вид Б
f868IH Заказ ll994/5 раж 732 Подписное
Фиг. Х
Филиал 1ПН! "Патент", г.Ужгород,уч.!!раектиан,4