распределитель жидкости для процессов жидкостной экстракции

Формула изобретения

Распределитель жидкости для процессов жидкостной экстракции, содержащий транспортную трубу и присоединенные перпендикулярно к ней лучевые горизонтальные трубы с просверленными в их нижней части отверстиями для истечения жидкости, отличающийся тем, что он снабжен основным транспортным желобом прямоугольной формы, расположенным ниже и соосно транспортной трубе, и присоединенной к нему системой боковых желобов прямоугольной формы, расположенных ниже и соосно лучевым трубам, вспомогательными транспортными желобами прямоугольной формы, соединяющими соседние боковые желоба между собой, конусными уловителями жидкости с напорными стояками, установленными в боковых желобах, верхние боковые кромки которых имеют прорези, в донной части боковых желобов имеются направляющие пластины, к которым присоединены распределительные пакеты, выполненные в виде набора вертикально расположенных металлических сеток, разделенных между собой продольными, горизонтально расположенными распределительными пластинами, шайбами, распорными втулками, крепежными проушинами и собранных с помощью болтовых соединений, торцы конусных уловителей с напорными стояками, боковых желобов и основного транспортного желоба закрытых торцевыми пластинами.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к химической технологии, в частности к нефтеперерабатывающей, нефтехимической, химической промышленности и другим отраслям народного хозяйства, и может быть использовано, например, на установках очистки нефтяных масляных фракций такими селективными растворителями, как фенол, фурфурол и другие.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту к изобретению, то есть прототипом, является распределитель жидкости для процессов жидкостной экстракции, содержащий транспортную трубу и присоединенные перпендикулярно к ней лучевые горизонтальные трубы с просверленными в их нижней части отверстиями для истечения жидкости. Необходимо отметить, что в процессах жидкостной экстракции жидкость (растворитель, сырье, рециркулят или другие внешние потоки), покидающая распределитель, представляет собой чаще всего дисперсную (внутреннюю) фазу, т.е. она распределяется в другой жидкости (рафинатный или экстрактный раствор представляющие собой сплошную фазу) в виде струй или капель разного размера и формы.

Основным недостатком данного распределителя (прототипа) является недостаточная равномерность распределения жидкости по сечению экстрактора. Этот недостаток обусловлен следующими причинами. Число лучевых горизонтальных труб обычно ограничено свободным сечением между ними для обеспечения заданной производительности аппарата, что не позволяет в принципе для данной конструкции значительно улучшить равномерность распределения по всему сечению аппарата, даже при идеально равномерном истечении жидкости из каждого отверстия в лучевых трубах. Однако в действительности наблюдается неравномерность распределения жидкости вдоль каждой лучевой трубы, а также от трубе к трубе, связанная со сложностью расчета количества и размера отверстий, а также их распределением для лучевых труб различной длины при одностороннем вводе жидкости в транспортную трубу, помимо этого неравномерность связана с забиванием некоторых отверстий вследствие попадания механических частиц, коррозии и других причин.

Целью изобретения является улучшение равномерности распределения жидкости по сечению аппаратов, в которых осуществляются процессы жидкостной экстракции, что, в свою очередь, повышает эффективность контактных устройств, особенно регулярных насадок с упорядоченной структурой взаимодействующих потоков.

Поставленная цель достигается тем, что распределитель жидкости для процессов жидкостной экстракции, содержащий транспортную трубу и присоединенные перпендикулярно к ней лучевые горизонтальные трубы с просверленными в их нижней части отверстиями для истечения жидкости, снабжен основным транспортным желобом прямоугольной формы, расположенным ниже и соосно транспортной трубе и присоединенным к нему системой боковых желобов прямоугольной формы, расположенных ниже и соосно с лучевыми трубами, вспомогательными транспортными желобами прямоугольной формы, соединяющими соседние боковые желоба между собой, конусными уловителями жидкости с напорными стояками, установленными в боковых желобах, верхние боковые кромки которых имеют прорези, в донной части боковых желобов имеются направляющие пластины, к которым присоединены распределительные пакеты, выполненные в виде набора вертикально расположенных металлических сеток, разделенных между собой продольными, горизонтально расположенными распределительными пластинами, шайбами, распорными втулками, крепежными проушинами и собранных с помощью болтовых соединений, торцы конусных уловителей с напорными стояками, боковых желобов и основного транспортного желоба закрыты торцевыми пластинами.

На фиг. 1 представлен предлагаемый распределитель, вид сверху; на фиг. 2 фрагмент экстрактора, вид Б-Б на фиг. 1; на фиг. 3 разрез конусного уловителя, бокового желоба и соединенного с ним распределительного пакета; на фиг. 4 фрагмент узла соединения бокового желоба с распределительным пакетом; на фиг. 5 вид по стрелке В на фиг. 3; на фиг. 6 болтовое соединение в распределительном пакете.

В экстракторах гравитационного типа внешние потоки жидкости (растворитель, сырье, рециркулят и др.) вводятся в аппарат через распределители в виде дисперсной фазы в сплошную (дисперсионную) фазу, представляющую собой экстрактный или рафинатный растворы в зависимости от места ввода жидкости.

В описании предлагаемой конструкции распределителя жидкости рассматривается случай, когда плотность вводимой жидкости больше плотности встречного внутреннего потока в аппарате, например распределитель растворителя (фенол) для селективной очистки нефтяных масляных фракций.

На фиг. 1-6 указаны следующие элементы по позициям: 1 экстрактор; 2 - контактные устройства; 3 транспортная труба; 4 лучевая горизонтальная труба; 5 конусный уловитель жидкости; 6 основной транспортный желоб; 7 - боковой желоб; 8 вспомогательный транспортный желоб; 9 распределительный пакет; 10 вертикально расположенные сетки; 11 распределительная пластина; 12 болтовое соединение; 13 торцевые пластины конусных уловителей с напорными стояками; 14 дисперсная (распределяемая) фаза; 15 дисперсионная (сплошная) фаза; 16 штуцер; 17 направляющие пластины; 18 напорный стояк; 19 шайбы; 20 распорная втулка; 21 крепежная проушина; 22 крепежные ребра; 23 прорези на верхних кромках бокового желоба; 24 торцевые пластины боковых желобов; 25 торцевые пластины основного транспортного желоба.

Распределитель жидкости 1-6, установленный в экстракторе 1 с контактными устройствами 2, для процессов жидкостной экстракции состоит из транспортной трубы 3 и присоединенных перпендикулярно к ней лучевых горизонтальных труб 4 с просверленными в их нижней части отверстиями для истечения жидкости, основного транспортного желоба 6 прямоугольной формы, расположенного ниже и соосно с транспортной трубой, и присоединенной к нему системы боковых желобов 7 прямоугольной формы, расположенных ниже и соосно лучевым трубам, вспомогательных транспортных желобов 8 прямоугольной формы, соединяющих соседние боковые желоба между собой, конусных уловителей жидкости 5 с напорными стояками 18, установленных в боковых желобах, верхние боковые кромки которых имеют прорези 23. В донной части боковых желобов имеются направляющие пластины 17, к которым присоединены распределительные пакеты 9, выполненные в виде набора вертикально расположенных металлических сеток 10, разделенных между собой продольными, горизонтально расположенными, распределительными пластинами 11, шайбами 19, распорными втулками 20, крепежными проушинами 21 и собранных с помощью болтовых соединений 12. Торцы конусных уловителей с напорными стояками, боковых желобов и основного транспортного желоба закрыты соответствующими торцевыми пластинами (13, 24 и 25). Под каждым боковым желобом располагаются симметрично продольной оси желоба два распределительных пакета. Каждый пакет выполнен в виде набора вертикально расположенных сеток 10, разделенных между cобой продольными, горизонтально расположенными распределительными пластинами 11, шайбами 19, крепежными проушинами 21, распорными втулками 20 и собранных с помощью болтовых соединений 12 (фиг. 3, 4, 6). Верхняя, продольная, горизонтально расположенная распределительная пластина играет роль несущей конструкции для каждого распределительного пакета. На верхней поверхности этой пластины по оси расположено несколько крепежных проушин с отверстиями для болтов. Соответствующе расположенные отверстия имеются и в направляющих пластинах. Два пакета крепятся с помощью болтовых соединений на направляющих пластинах боковых желобов. Верхняя пластина закреплена жестко с двумя нижележащими пластинами с помощью нескольких крепежных проушин, расположенных по оси этих пластин, которые имеют, в свою очередь, по всей длине вдоль боковых поверхностей пластин несколько крепежных проушин с отверстиями для болтовых соединений (фиг. 4). Нижний ряд продольных, горизонтально расположенных распределительных пластин 11 имеет крепежные проушины 21 и собран в пакет болтовым соединением при помощи распорных втулок 20 и шайб 19 (фиг. 6).

В случае ввода внешнего потока жидкости в аппарат с меньшей плотностью чем встречный поток вся конструкция предлагаемого распределителя сохраняется, только она разворачивается на 180^o и меняются места опорных элементов для всей конструкции, например распределитель сырья (масляной фракции) для селективной очистки масляных фракции. Распределяемая жидкость 14 в виде капель разных размеров и форм осаждается во встречном потоке другой жидкости 15 и улавливается конусными уловителями 5, закрепленными в боковых желобах с помощью крепежных ребер 22 (фиг. 3, 5). Затем жидкость проходит напорный стояк 18 прямоугольной формы (фиг. 3) и попадает в боковые желобы прямоугольной формы 7. В первоначальный момент эта жидкость (тяжелая фаза) накапливается в этих желобах в виде сплошной фазы, вытесняя другую жидкость 15 (легкую фазу). Одновременно происходит накопление этой жидкости в основном 6 и вспомогательных 8 транспортных желобах также прямоугольной формы, соединенных с боковыми желобами. Эта система желобов образует между собой систему сообщающихся сосудов, способствующую быстрому выравниванию (распределению) подаваемой жидкости 14 между всеми боковыми желобами. По мере заполнения всей системы желобов тяжелой жидкостью, она через прорези 23 (фиг. 5), расположенные на верхних кромках боковых желобов (у основного и вспомогательных желобов этих прорезей нет), переливается и стекает вдоль стенок (если жидкость плохо смачивает поверхность желоба) или по поверхности стенок (для хорошо смачиваемой поверхности) в виде струй, пленки или просто капель разного размера и форм, затем вдоль направляющих пластин 17 попадает на распределительный пакет 9 (фиг. 2), где происходит деление потока на семь самостоятельных (согласно представленной схеме фиг. 3, а можно и больше) потоков. Число потоков зависит от числа сеток в пакете. Естественно, для преодоления потерь напора на трение о стенки желобов, напорного стояка, на относительное движении двух жидкостей в желобах и потерь напора на местные сопротивления при движении жидкости в системе желобов создается гидростатический столб жидкости в напорном стояке. В этом, собственно, его назначение. Для обеспечения быстрого выравнивания жидкости между боковыми желобами проходное сечение основного и вспомогательных желобов больше, чем у боковых. Ширина бокового желоба и количество их определяют свободное сечение для прохождения встречных потоков жидкости и определяются оптимальной производительностью экстрактора или оптимальной суммарной нагрузкой взаимодействующих потоков в данном сечении аппарата. Высота желобов не влияет на величину свободного сечения аппарата.

На фиг. 3, 4 показана схема движения жидкостных потоков в распределительном пакете. Распределяемая жидкость в виде дисперсной фазы попадает с направляющей пластины на верхнюю распределительную пластину. На этой пластине формируются два потока жидкости, каждый из которых, в свою очередь, попадая на нижележащие продольные пластины, делится еще на два потока и т.д. Движение распределяемой жидкости (тяжелой фазы) осуществляется сверху вниз в межсеточном пространстве в виде пленок вдоль поверхности сеток или в виде капель, периодически меняя направление движения, проходит через ячейки сетки. Сплошная фаза движется противотоком к распределяемой жидкости снизу вверх в свободном сечении между пластинами и сетками, при изменении направления движения проходит через ячейки сетки в поперечном направлении. То есть в распределительном пакете наблюдается смешанное противоточно-перекрестное движение жидкости.

Таким образом, предлагаемый распределитель жидкости для процессов жидкостной экстракции позволяет улучшить распределение дисперсной фазы (тяжелой или легкой жидкости) по своему сечению аппарата, что, безусловно, будет способствовать увеличению эффективности массотеплообменных процессов, протекающих на контактных устройствах, а, следовательно, увеличению эффективности всего экстрактора, особенно если он оборудован регулярными (секционированными) насадками.

Улучшение распределения жидкости достигается за счет того, что система уловителей с напорными стояками, боковых желобов, основного и вспомогательных транспортных желобов позволяет уловить жидкость, истекающую в виде отдельных струй из отверстий, расположенных в лучевых трубах, собрать в виде сплошной фазы в желобах и равномерно распределить ее между всеми боковыми желобами. Это, в свою очередь, позволяет обеспечить для каждого бокового желоба равномерное двухстороннее истечение жидкости через прорези. Каждый из этих двух потоков жидкости, стекая вдоль поверхностей боковых желобов и направляющих пластин, с помощью распределительных пакетов делится еще на несколько потоков, тем самым доля сечения аппарата, занятая распределяемой жидкостью (дисперсной фазой), значительно увеличивается по сравнению с прототипом. Удачная компоновка конструктивных элементов, в частности соосное расположение транспортного желоба и транспортной трубы, боковых желобов и лучевых труб, расположение большей части распределительных пакетов под боковыми желобами, незначительно снижает долю свободного сечения аппарата для встречного потока жидкости (сплошной фазы). Конструкция распределительных пакетов, наличие сеток и распределительных горизонтальных пластин между ними, расположенных в шахматном порядке, также незначительно снижает долю свободного сечения аппарата.

Любой распределитель, а предложенный распределитель в особенности, имеет элементы интенсивного тепломассообмена взаимодействующих фаз в зоне распределения жидкости. В частности, наличие большого числа "концевых" эффектов: образование дисперсной фазы истечение в виде струй из отверстий лучевых труб, образование сплошной фазы в уловителях жидкости, истечение через прорези боковых желобов образование дисперсной фазы. Помимо этого, при прохождении встречных жидкостей через ячейки в сетке как сплошной, так и дисперсной фаз происходит интенсивное взаимодействие фаз.

Одно из особенностей конструкции представленного распределителя является то, что желоба могут служить сборниками механических примесей, причина появления которых самая разнообразная, и тем самым защитить от попадания их на контактные устройства и предохранить эти устройства от забивания, снижающего эффективность процессов массотеплообмена в экстракторах.

Компоновка, соединение и монтаж всех элементов предлагаемого распределителя жидкости достаточно надежна и проста. А значит, внедрение предложенного распределителя жидкости в промышленную практику не представляет какой-либо сложности.