Колонна для тепломассообменных процессов между газом (паром) и жидкостью — SU 1607156 (original) (raw)

Формула

Колонна для тепломассообменных процессов между газом (паром) и жидкостью по авт.св. N 1464327, отличающаяся тем, что, с целью повышения эффективности и экономичности процесса при одновременном отводе тепла от жидкости в колонне в условиях проведения процессов неадиабатической ректификации или абсорбции с отводом тепла, колонна снабжена установленными над основными тарелками у стенок колонны змеевиками по винтовой линии по направлению вращения газопарожидкостного слоя на тарелке, а змеевик снабжен патрубками для ввода и вывода хладагента, при этом патрубок для ввода подсоединен к нижнему витку змеевика, а патрубок для отвода к верхнему витку.

Описание

Изобретение относится к колонным аппаратам для системы газ(пар) - жидкость, в которых жидкость движется сверху вниз и контактирует с газом (паром), поднимающимся по колонне вверх и может быть использовано в процессах неадиабатической ректификации, абсорбции с отводом тепла, промывки газов, и может найти применение в химической, нефтехимической, газовой и других отраслях промышленности.
Целью изобретения повышение эффективности и экономичности процесса при одновременном отводе тепла от жидкости в колонне в условиях проведения процессов неадиабатической ректификации или абсорбции с отводом тепла.
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 З-З на фиг.3; на фиг.10 - разрез И-И на фиг.3.
Колонна для тепломассообменных процессов между газом (паром) и жидкостью содержит цилиндрический корпус 1 у 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 расположенными по концентрическим окружностям, 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 тарелки 2 в виде плиты, увеличивающимися к наружному кольцу 6, установленные симметрично на тарелку 2 отбойные пластины 7, изогнутые в форме спиралей 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, соприкасающиеся со стенкой корпуса 1, выполнены радиакальные 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 прорезями 11 выпуклостями вверх, расположенными по концентрическим окружностям с направлением осей арочных прорезей 11, и меняющимся от тангенциального в периферической 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 свободные сечения арочных прорезей 11 для прохода газа (пара) на тарелках 2 больше, чем свободное сечение арочных прорезей 3 и 9 основных тарелок 2. К центру промежуточной тарелки 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, на крестовину установлен сепаратор 13 в виде цилиндра, в боковых стенках которого выполнены вырубным методом лопатки 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 (не показано).
Над основными тарелками 2 у стенок колонны 1 змеевики 17 из труб по винтовой линии, опускающейся вниз по направлению вращения газопарожидкостного слоя на тарелке, т.е. по направлению выхода газа (пара) из арочных прорезей 3 с тангенциально направленными осями. Патрубок 18 для ввода холодного агента подсоединен к нижнему витку змеевика 17, а патрубок 19 для отвода холодильного агента подсоединен к верхнему витку холодильника 17.
Колонна для тепломассообменных процессов между газом (паром) и жидкостью работает следующим образом.
Газ (пар) поступает в колонну снизу 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 контакта с жидкостью и поднимается вверх под вышележащую основную тарелку 2, а жидкость по мере ее накопления перемещается от периферии к центру, где увлекается потоком газа (пара), направленным в радиальном направлении, проходит через окна в сепаратор 13 с радиально отогнутыми лопатками 14, где отделяется от газа (пара) и стекает по центральной сливной трубе 4 вниз. Плоскости крестовины 12 являются отражателями жидкости, предупреждают воронкообразование жидкости в сливной трубе 4 и служат основной 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 вышележащую 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 происходит вращение жидкости и взаимодействие ее с трубчатым змеевиком 17 в виде винтовой линии, в результате чего жидкость под действием опускающейся винтовой линии по направлению вращения жидкости ускорено перемещается вниз в дополнение к действию на жидкость гравитационных сил. При этом происходит теплообмен между жидкостью и стенкой трубы змеевика 17, внутри которого движется холодильный агент (вода) снизу вверх, вводимый по патрубку 18 в нижний виток и отводимый по патрубку 19 из верхнего витка, т.е. противотоком по отношению к направлению движения жидкости в периферийной части тарелки 2 сверху вниз, что обеспечивает максимальную движущую силу процесса теплообменника между жидкостью и холодильным агентом. После взаимодействия со змеевиком 17 в периферийной части тарелки 2 у стенки корпуса 1 колонны вращающийся поток жидкости под действием сил инерции отражается от лепестков 8, отогнутых вверх навстречу потоку, и стекает вниз на нижележащую 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 происходит только газ (пар), причем в обоих случаях благодаря принципу взаимодействия газа (пара) с жидкостью не требуется уплотнение между тарелками 2 и 10 и стенкой корпуса 1 колонны, что позволяет значительно упростить конструкцию колонны, снизить ее металлоемкость и трудоемкость изготовления, монтажа демонтажа и ремонта. На основной тарелке 2 взаимодействие газа (пара) с жидкостью 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 1 в периферийной ее части также происходит вращение двухфазного потока, а на остальной части будет иметь место преимущественно однонаправленное струйное движение газа (пара) и жидкости от периферии к центру допустимые скорости газа (пара) будут выше, чем скорости газа (пара) барботажных тарелок могут быть близки к основным тарелкам 2, так как свободное сечение арочных прорезей 11 и тарелок 10 намного 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 газопарожидкостным слоем и, естественно, с 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 колонны с барботажными колпачковыми тарелками при сопоставимых условиях и высокую эффективность массообмена в 1,15 1,25 раза выше эффективности колонн с барботажными тарелками и высокую эффективность теплообмена при охлаждении жидкости для проведения процессов неадиабатической ректификации и абсорбции с отводом тепла. Это позволяет при реконструкции существующих колонн с барботажными тарелками с целью наращивания мощностей в кратное число раз увеличивать производительность 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 существующих колонн с барботажными тарелками на центробежно-вихревые, реконструированные колонны часто остаются недогруженными, что одновременно приводит к снижению их эффективности массообмена (эффективность по Мерфри) при скоростях газа (пара), ниже оптимальных.
Технические преимущества предлагаемой колонны для тепломассообменных процессов между газом (паром) и жидкостью по сравнению с прототипом заключаются в обеспечении совмещенного теплообмена с охлаждением жидкости на основных тарелках и в улучшении процесса слива жидкости с тарелок, при этом совмещенный теплообмен обеспечивает высокие коэффициенты теплопередачи от жидкости к холодильному агенту (воде) порядка 1500 Вт/м2 K. В отличие от коэффициентов теплопередачи в выносных холодильниках 200 30 Вт/м2 K. Кроме того, конструкция совмещенного дополнительного холодильника отличается компактностью и улучшает основной процесс слива жидкости с тарелок. В результате совмещения процесса охлаждения процесса охлаждения с основным процессом в колонне исключается необходимость установки выносных холодильников и дополнительной установки насосов для них и расхода энергии, и в конечном итоге повышается эффективность процессов неадиабатической ректификации или абсорбции с отводом тепла.
Общественно полезные преимущества предлагаемой колонны, вытекающие из технических преимуществ по сравнению с прототипом, заключаются в повышении качества целевых продуктов вследствие повышения эффективности тепломассообмена между газом (паром) и жидкостью с охлаждением жидкой фазы в условиях неадиабатической ректификации или абсорбции с отводом тепла, в снижении стоимости целевых продуктов вследствие исключения необходимости затраты энергии на перекачку жидкости насосами в выносные холодильники.
Ожидаемый экономический эффект от использования предлагаемой колонны для тепломассообменных процессов между газом (паром) и жидкостью по сравнению с прототипом может быть обеспечен за счет экономии энергии на перекачку жидкости в выносные холодильники.
Изобретение относится к колонным аппаратам для систем газ(пар) - жидкость и может быть использовано в процессах неадиабатической ректификации, абсорбции с отводом тепла, промывке газов с охлаждением. Цель изобретения - повышение эффективности и экономичности процесса при одновременном отводе тепла от жидкости в колонне в условиях проведения процессов неадиабатической ректификации или абсорбции с отводом тепла. 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 и с плавным изменением направления осей от периферии к центру, на которых жидкость движется от периферии к центру, причем свободное сечение арочных прорезей промежуточных тарелок примерно в 2 раза больше, чем основных, над промежуточными тарелками над сливной трубой установлены сепараторы в виде перфорированной трубы, а под основными тарелками в периферийной части у стенок колонны установлены змеевики. Новым в колонне являются охлаждающие змеевики в периферийной части основных тарелок у стенок колонны по винтовой линии, опускающейся вниз по направлению вращения газо(паро) жидкостного потока на тарелке. Холодильный агент в змеевиках движется снизу вверх. 10 ил.