Тарелка для массообменных колонн

Тарелка для массообменных колонн

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

ТАРЕЛКА ДЛЯ МАССООБМЕННЫХ КОЛОНН по авт. св. № 845309, отличающаяся тем, что, с целью интецсификащш массообмена за счет равномерного распределения жидкости в периферийной части тарелки, ликвидации застоя ее, плита тарелки снабжена расположенным у стенки сливным каналом с увеличивающимся сечением в сторону сливного кармана.

. СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕОСИХ

РЕСПУБЛИН

„„SIJ „„963143 15ц В 01 0 3/20 В 01 D 3/30

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

IlO ДЕЛАН ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ .

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) 845309 (21) 2606055/23-26 (22) 24.04.78 (46) 07.10.84. Бюл. У 37 (72) И.П. Слободяник (71) Краснодарский политехнический институт (53) 66.048.375(088.8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР по заявке У 2526148/23-26, кл. В 01 D 3/20; с приоритетом от

14.09.77. (54) (57) ТАРЕЛКА ДЛЯ ИАССООБИЕННЫХ

КОЛОНН по авт. св.. Р 845309, о тл и ч а ю щ а я с я тем, что, с целью интецсификации массообмена за счет равномерного распределения жидкости в периферийной части тарелки, ликвидации застоя ее, плита тарелки снабжена расположенным у стенки сливным каналом с увеличивающимся сечением в сторону сливного кармана.

t 9631

Изобретение относится к контактным устройствам дпя систем гаэ (пар)— жидкость, используемых в ректификационных, дистилляционных, абсорбционных и промывных колоннах, в которых жидкость движется сверху вниз и контактирует с газом (паром), поднимающимся 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, включающая горизонталь,ную круглую плиту с тангенциально направленными арочными прорезями для прохода газа (пара), расположенными по концентрическим окружностям, 9 P P THl< I I? libre КРИВОЛИНЕЙНЫЕ JIOIIBTKH н форме спирали Архимеда, установие..иное иа плите и изогнутые в сторону открытия арочных прорезей, сливное устройство для слива жидкости с верхней на нижнюю тарелку со сливным кар-25 маном, выполнен п>м в виде сегмента с рас.ширя ощимся сверху вниз сечением, соединениьм основанием с верхней кромкой сливной трубы, кольцевой гидрозатвор, выполненный из концентрически расположенных вокруг сливной трубы цилиндрических колец, установленных на расстоянии отнодительло круглой плиты тарелки, увеличивающимся к наружному кольцу, сепарационное кольцо, установленное коакси-З5 ально кольцевому гидрозатвору и расположенное иа расстоянии относительно круглои плиты тарелки, причем центр кольцевого гидрозатвора смещен ио отношению к центру тарелки в сторону противоположную расположению сегментного кармана íà 0,05О, 1 диаметра тарелки 1 1 3.

Известная. тарелка для массообмениых колонн работает следующим образом. Жидкость стекает по сливной трубе,и заполняет внутренний объем внутреннего кольца, часть жидкости

{половина) 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 иа плиту тарелки. Таким образом, в условиях работы внутреннее кольцо будет заполнено жидкостью, и нижнее чЗ 1 отверстие 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 будут оставаться также твердые частицы или продукты полимеризации. 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 турбулизация газового (парового) потока, джспергирование жидкости, перекрестные соударения элементарных объемов газа (пара) и жидкости, что приводит к интенсификации массообмена в фазах и к IIoвышению эффективности массообмена контактной тарелки, с помощью сепарационного кольца формируется регулярно вращающийся двухфазный поток на плите тарелки: жидкость, совершив радиально-кольцевое движение от центра кольцевого гидроэатвора к стенкам сепарационного кольца под действием центробежных сил,перетека1 ет 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) без 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 вращательз 9631 ное движение, накапливаясь в периферийной части тарелки у стенки колонны, непрерывно стекает в сегментный сливной карман. Из сегментного сливного кармана жидкость сте5 кает по сливной трубе в центр кольцевого гидрозатвора нижележащей тарелки. Так как сечение сегментного сливного кармана увеличивается сверху вниз, 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 очень больших нагрузках по жидкости порядка 80100 м /м ° ч и вьш|е в самом узком 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 дви30 жения у стенки колонны к сегментному сливному карману, приводящему к барботажному режиму работы, замедлению скорости вращения жидкости, образованию высокого слоя пены непосредственно переу1 сливом жидкости в сег- З5 ментный сливной карман, захлебыванию тарелки, характерному для барботажньм тарелок при скоростях газа (пара) и жидкости, при которых струйные тарелки работают нормально, без 40 брызгоуноса, а в сливные устройства которых стекает осветленная жидкость, без пены вследствие четкого разделения фаз в поле центробежньмсил.

Целью изобретения является интенсификация массообмена между фазами

sa счет равномерного распределения жидкости в периферийной части тарелки, ликвидации застоя ее, равно- $0 мерное распределение ее во вращающемся двухфазном потоке в условиях очень больших нагрузок по жидкости порядка 80-100 м /м ч и выше °

Поставленная цель достигается 55 тем, что плита тарелки снабжена расположенньае у стенки сливным каналом с увеличивающимся сечением в стсццщу.

43 4 сливного кармана. Сечение увеличивается эа счет уклона основания и увеличения ширины канала по направлению вращения потока, начинающимся в точке, расположенной в диаметрально противоположном направлении от сегментного сливного кармана, и заканчивающимся у стенки сегментного сливного кармана, предназначенной для слива жидкости с тарелки.

На фиг. 1 изображена часть колонны со струйными тарелками, вертикальный разрез; на фиг. 2 — то же, сечение А-А на фиг. 1; на фиг. 3 — то же, разрез Б-Б на фиг. 2; на фнг.4— то же, разрез В-В на фиг. 2; на фиг. 5 — то же, сечение Г-Г на фиг ° 1; на фиг. 6 — сечение Д-Д на фиг. 2 в увеличенном размере; на фиг. 7— то же, разрез E-Е на фиг. 6; на фиг. 8 — то же, разрез Ж-Ж на фиг. 2; на фиг. 9, — то же, разрез Д-Д на фиг. 2.

Колонна 1 содержит корпус 2 (фиг. 1,2), установленные одна над другой струйные тарелки, содержащие горизонтальные круглые плиты 3 с тангенциально направленными прорезями 4 (фиг. 3,4) для прохода rasa (пара) с аркоподобными козырьками 5 и расположенными по концентрическим окружностям вокруг центра кольцевого гидрозатвора на тарелке, вертикальные криволинейные лопатки 6 (фиг. 1, 2), в форме спирали Архимеда, уста новленные на плите тарелки и изогйу" тые в сторону открытия прорезей 4 с аркоподобнйми козырьками 5, сегментный карман 7, расширяющийся сверху вниз, с нижним основанием 8(фиг. 1, 2,5), сливную трубу 9 с верхним 10 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 тарелки для прохода жидкости, над плитой 3 тарелки (фиг. 1,2) коаксиально по отношению к центру кольцевого гидрозатвора и по отношению к оси сливной трубы 9 установлено сепарационное кольцо 13 с зазром 14 между нижней кромкой 15 кольца 13 и плоскостью плиты 3 для прохода жидкости. Кольцевой гидрозат" вор представляет собой концентрически расположенные вокруг сливной трубы

9 два кольца, внутреннее 16 и наружное 17 (фиг. 6,7), с зазором 18

S 9631 между нижней кромкой 19 внутреннего кольца 16 и ппоскостью плиты 3 тарелки, и с зазором 20 между нижней кромкой 21 наружного кольца 17 и. плоскостью плиты 3 тарелки, причем нижняя кромка 19 внутреннего кольца 16 расположена ниже нижней кромки слиьной трубы 9 и нике нижней кромки 21 наружного кольца 17, а верхняя кромка 22 внутреннего коль- 1О ца 16 расположена выше нижней кромки сливной трубы 9 и ниже верхней кромки 23 наружного кольца так, что при сливе жидкости через сливную трубу 9 образуется гидрозатвор.

Над кольцами 16 и 17 вокруг сливной трубы 9 установлен горизонтальный обойный диск 24 (фиг. 1, 2) одинако" вого диаметра с наружным кольцом 17 и на некотором расстоянии от верх ней кромки 23 наружного кольца 17.

1(.эльца 16 и 17 между собой жестко . скреплены пластинами 25 и с плитой

3 тарелки — стержнями 26, а сепарационное кольцо 13 прикреплено кронштейнами 27. к плите 3 тарелки.

Сегментный сливной карман 7 (фиг.1, 2,5,8) образован корпусом 2 колонны

1, нижним основанием 8 и двумя наклонными боковыми стенками 28. Центр кольцевого гидроэатвора со спивной трубой 9 смещен по отношению к цент ру круглой плиты 3 тарелки в сторону, прот .воположную расположению сегментного сливного кармана 7 на

0,05-0,1 диаметра тарелки. В точке, 35 расположенной в диаметрально противоположном направлении по отношению к сегментному сливному карману 7 (фиг. 2), начинается сливной канал, 40 образованный с одной стороны стенкой колонны 1 а с другой стороны боковой стенкой 29, а. также основанием

30 (фиг ° 9), имеющим наклон в сторону направления вращения двухфазного

45 потока на тарелке, так что сечение сливного канала увеличивается за счет наклона основания 30 и увеличения ширины канала, расстояния между стенками колонны 1 и боковой стенкой

29 в сторону направления вращения потока на тарелке. Сливной канал примыкает к стенке 28 сегментного сливного кармана, куда стекает жидкость по сливному каналу. Жидкость на самую верхнюю тарелку подается через трубу с кольцевым гндрозатвором, а подача жидкости на промежуточные тарелки осуществляется непосредственно

43 6 в сливные сегментные карманы (не показано).

Тарелка работает следующим образом. EHpKocTb стекает по сливной трубе 9 (фиг. 1) и заполняет внут-. . ренний объем внутреннего кольца 16 (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 и через зазор 20 стекает 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 погруже-. но 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 через прорези

4 с аркоподобными козырьками 5 (фиг. 1,2,3,4) с тангенциально направленными осями, проходит в жидкость, стекающую на плиту 3 через сливную трубу 9 с кольцевым гидрозатвором, отдае; жидкости часть кинетической энергии, в результате образуется регулярно вращающийся двухфазный поток в горизонтальной плоскости, жидкость совершает радиальнокольцевое движение в горизонтальной плоскости от центра к периферии, а газ (пар) — винтообразное движение ь вверх под вышележащую тарелку и т.д.

Вращающийся двухфазный поток отражается от криволинейных лопаток 6 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 массоабмена 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-Kohx qesoe движение от .центра кольцевого гидрозатвора к стенкам сепарационного кольца 13 под действием центробежных сил, перетекает через зазор между кольцом 13 и

7 9631 плитой 3 на периферийную часть плиты

3 тарелки, а газ (пар) совершает винтообразное движение вверх, отделившись от жидкости. За счет установки сепарацион oro кольца 13 обеспечи5 ееется уееяиееиие скорости rasa (икра) по сравнению с барботажными тарелками без брызгоуноса. За счет высоких радиальной и окружной скоростей жидкости последняя продолжа- 1п ет движение у стенки колонны на плите 3 тарелки под действием перекрестных ударов газа (пара), поднимаю-. щегося вверх, что приводит к образованию дополнительной высокотурбулизированной 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 сливной карман 7 и по сливной трубе 9 в центр кольцевого гидроэатвора нижележащей тарелки..

По.мере движения жидкости от одной стороны сегментного сливного кармана

7 к другой количество жидкости в периферийной части плиты 3 тарелки у стенки 2 колонны 1 увеличивается вследствие стекания ее с плиты 3 тарелки. Поэтому с половины пути движения жидкости от одной к другой стенки сегментного сливного кармана жидкость стекает в сливной канал, (фиг. 2,9), образованный стенкой колон3S ны 1, боковой стенкой 29 и основанием 30, имеющим наклон в сторону слива жидкости. Сечение сливного канала увеличивается в сторону направления вращения двухфазного потока на тарелке для обеспечения прохождения по каналу увеличивающегося объема жидкости, стекающей с плиты 3 тарелки в направлении движения жидкости к сегментному сливному карману.

Вследствие наличия сливного канала переменного сечения в периферийной части тарелки не происходит накопления жидкости и не нарушается

43 8 нормальное вращательное движение ее, чем обеспечивается равномерное распределение жидкости, а следовательно, и газа (пара) по сечению тарелки, что способствует интенсификации мас° сообмена между фазами при высоких скоростях газа (пара) и больших на- . грузках по жидкости и, как следствие, повышению эффективности массообмена контактных тарелок (эффективности по Мерфри), обеспечивающей повышение частоты и качества разделяемых целевых продуктов и снижение их себестоимости. Так как .сечение сегментного сливного кармана 7 увеличивается сверху вниз, то этим самым уменьшается смещение центра входного отверстия сливной трубы 9 по отношению к центру выходного отверстия 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 за счет равномерного распределения жидкости в периферийной части тарелки позволяет повысить нагрузки по жидкости на полное сечение колонны до

80-100 м /м ° ч и выше. В связи с, большой разрешающей способностью предложенной тарелки для массообменных колонн принимать большие нагрузки по газу (пару) в жидкости, она может быть заложена в проекты по заМене насадочных колонн с удельной нагрузкой по жидкости свыше 100 мвlм ч на тарельчатые диаметром .от 1200 до

4000 мм, что обеспечивает увеличение производительности, улучшение чистоты разделения, уменьшение гидравлического сопротивления при сопоставимых условиях и снижения себестоимости разделяемых продуктов.

963143

Техред С.Мигунова Корректор Г. Огар

Редактор П. Горькова

Филиал ППП "Патент", r. Уигород, ул. Проектная, 4

Заказ 7036/1 Тирам 681 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий.!13035, Иосква, Ж-35, Рауаская наб., д. 4/5