ректификационная колонна

Формула изобретения

Ректификационная колонна, содержащая массообменные тарелки, каждая из которых содержит плиту с установленными на ней колпачками и направляющими перегородками, сливные и приемные приспособления, отличающаяся тем, что она снабжена прикрепленной к краю плиты массообменной тарелки своей внутренней поверхностью цилиндрической обечайкой переменного диаметра, по меньшей мере тремя смонтированными перпендикулярно плите опорными стержнями с регулировочными приспособлениями, направляющие перегородки выполнены в виде установленных радиально на плите сплошных пластин, длина которых составляет 0,62-0,91 радиуса плиты, сливные и приемные приспособления выполнены в виде полых цилиндров, опорные стержни и полые цилиндры сливных и приемных приспособлений установлены между собой коаксиально и расположены по одному в шахматном порядке между направляющими перегородками, при этом диаметр верхней кромки обечайки превышает диаметр нижней кромки обечайки, а высота сливного приспособления меньше высоты верхней кромки обечайки и превышает высоту нижней кромки вышележащей обечайки от плиты.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к контактным устройствам для осуществления процесса массообмена между газовой и жидкой средами и может быть использовано, например, в ректификационных колоннах при производстве спирта-ректификата из спирта-сырца.

Известна массообменная колпачковая тарелка, включающая плиту с колпачками и переливные приспособления, выполненные в виде цилиндрических или призматических стаканов [1].

Недостатком данной конструкции является неравномерное распределение жидкостного слоя по поперечному сечению тарелки.

Известно контактное устройство, включающее плиту с колпачками, направляющие перегородки, установленные на плите перпендикулярно ее плоскости, сливные и приемные приспособления [2].

Недостатком данного устройства является малое время нахождения барботируемого слоя жидкости на тарелке и невозможность регулирования плиты в горизонтальной плоскости.

Задачей изобретения является повышение интенсивности массообмена на контактном устройстве за счет достижения равномерного распределения паровой и жидкой фаз по всей площади тарелки и увеличения времени взаимодействия жидкости и пара.

Техническим результатом, достигаемым при реализации данного устройства, является повышение устойчивости работы массообменных тарелок и ректификационной колонны в целом.

Решение поставленной задачи и достижение вышеуказанного технического результата осуществляется за счет того, что в ректификационной колонне, содержащей массообменные тарелки, каждая из которых содержит плиту с установленными на ней колпачками и направляющими перегородками, сливные и приемные приспособления, она снабжена прикрепленной к краю плиты массообменной тарелки своей внутренней поверхностью цилиндрической обечайкой переменного диаметра, по меньшей мере тремя смонтированными перпендикулярно плите опорными стержнями с регулировочными приспособлениями, направляющие перегородки выполнены в виде установленных радиально на плите сплошных пластин, длина которых составляет 0,62-0,91 радиуса плиты, сливные и приемные приспособления выполнены в виде полых цилиндров, опорные стержни и полые цилиндры сливных и приемных приспособлений установлены между собой коаксиально и расположены по одному в шахматном порядке между направляющими перегородками, при этом диаметр верхней кромки обечайки превышает диаметр нижней кромки обечайки, а высота сливного приспособления меньше высоты верхней кромки обечайки и превышает высоту нижней кромки вышележащей обечайки от плиты.

Снабжение устройства опорными стержнями с регулировочными приспособлениями позволяет на стадии монтажа ректификационной колонны парировать неточности при установке отдельной царги и добиваться горизонтального положения каждой массообменной тарелки, расположенной в вышеупомянутой царге, а также регулировать межтарелочное расстояние.

Цилиндрическая обечайка переменного диаметра создает замкнутое пространство вокруг тарелки. При перемещении тарелок друг относительно друга нижние кромки меньшего диаметра обечаек вышележащих тарелок входят в пространство, ограниченное верхними кромками обечаек нижележащих тарелок.

Тем самым образуется “колонна в колонне”, ограниченная набором расположенных друг над другом обечаек. Слой жидкой фазы на плите, проникая в пространство между кромками обечаек, играет роль гидрозатвора, препятствующего выходу газовой фазы в пространство между обечайками тарелок и обечайкой царги.

Установка направляющих перегородок радиально на плите и размещение между ними в шахматном порядке сливных и приемных приспособлений обеспечивает продолжительное время взаимодействия газовой и жидкой фаз на тарелке. Радиально установленные перегородки также повышают жесткость плиты по силовой схеме “подкрепленная мембрана”.

Превышение диаметра верхней кромки обечайки над диаметром нижней кромки позволяет перемещать тарелки в вертикальной плоскости относительно друг друга при монтаже и регулировке и создавать гидрозатвор в зазоре между вышележащей и нижележащей обечайкой.

Так как расстояние от верхней кромки обечайки до плиты больше высоты сливного приспособления, то исключается перелив жидкой фазы с тарелки на тарелку через кромки обечаек.

Расположение нижней кромки вышележащей обечайки в интервале высот между верхней кромкой нижележащей тарелки и высотой сливного приспособления обеспечивает формирование гидрозатвора.

Соотношение между длиной направляющих перегородок и радиусом плиты выбрано, исходя из расчетно-экспериментальных данных.

Сущность предлагаемого устройства поясняется чертежами, на которых изображены: на фиг.1 - вид на массообменную тарелку сверху, на фиг.2 - продольный разрез царги с набором массообменных тарелок, на фиг.3 - вариант выполнения регулировочных приспособлений.

Ректификационная колонна 11 содержит массообменные тарелки.

Массообменная тарелка включает плиту 1 с установленными на ней колпачками 2 и направляющими перегородками 3, расположенными радиально на плите, цилиндрическую обечайку 4 переменного диаметра с верхней 5 и нижней 6 кромками, прикрепленную своей внутренней поверхностью к плите.

На плите 1 перпендикулярно ее плоскости установлены опорные стержни 7 с регулировочными приспособлениями 8, которые могут быть выполнены в виде домкратного устройства, винтовой пары и т.д. Минимальное количество стержней должно равняться трем, исходя из условий устойчивого равновесия, но при необходимости может быть увеличено. Сливные 9 и приемные 10 приспособления выполнены в виде полых цилиндров и установлены коаксиально друг другу и опорным стержням 7.

Массообменные тарелки расположены внутри царги с обечайкой царги 11. При выполнении регулировочного приспособления в виде винтовой пары опорные стержни 7 выполнены с резьбой и установлены нижним срезом с возможностью безрезьбового вращения во втулке 12. Средней частью опорный стержень 7 закреплен посредством резьбового соединения в гайке 13, жестко размещенной в верхней части сливного приспособления 9. На верхнем срезе опорного стержня 7 установлен маховик 14.

Устройство работает следующим образом. При монтаже ректификационной колонны сначала устанавливается обечайка 11 царги посредством фланцевого соединения с обечайкой предыдущей царги. Затем внутрь обечайки 11 царги одна за другой размещаются массообменные тарелки, горизонтальное положение которых выставляется с помощью регулировочных приспособлений 8. При выполнении регулировочных приспособлений в виде, например, винтовой пары, фиг.3, регулировка производится простым вращением маховика 4 в ту или иную сторону.

На окончательно заполненную тарелками царгу устанавливается обечайка следующей царги, и процесс монтажа продолжается до полной сборки колонны.

После завершения монтажа ректификационной установки в колонну подаются в противотоке разделяемая жидкая фаза и пар. При поступлении на плиту 1 через приемные приспособления 10 жидкость начинает заполнять соответствующий сектор, ограниченный двумя соседними перегородками, одновременно перемещаясь к центру плиты 1 и затем в сектора со сливными приспособлениями 9.

При установившемся процессе разделения движение жидкой фазы от периферии плиты 1 к ее центру и обратно к периферии сохраняется, обеспечивая тем самым достаточно длительное нахождение жидкости на тарелке. Перелив жидкой фазы через верхнюю кромку 5 исключен, так как расстояние от верхней кромки 5 до плиты 1 превышает высоту сливного приспособления 10.

Расположение нижней кромки 6 вышележащей обечайки в интервале высот между Нвк и Нсп обеспечивает создание гидрозатвора (Г) в пространстве между смежными обечайками, что предотвращает вынос пара за пределы плиты 1 в зону между обечайкой царги 11 и обечайками 4 тарелок.

Таким образом, достигается повышение устойчивости работы ректификационной колонны за счет равномерного распределения паровой и жидкой фаз по тарелке, достигаемого точной регулировкой тарелки в горизонтальной плоскости, регулировкой межтарелочного расстояния, и увеличения времени взаимодействия жидкости и пара.

Источники информации

1. П.С.Цыганков, С.П.Цыганков. Руководство по ректификации спирта. М.: Пищепромиздат, 2001.

2. Патент РФ №2060766, кл. В 01 D 3/22, 1996.