насадка ректификационной колонны

Формула изобретения

Насадка ректификационной колонны, образованная вертикальной трубой и размещенными в трубе перпендикулярно ее оси тепломассообменными устройствами, содержащими разнесенные по оси трубы пористые элементы, образованные чередующимися тарелками, разделенные кольцевыми проставками, отличающаяся тем, что кольцевые проставки выполнены в виде пакетов, образованных сдвоенными лентами, одна из которых имеет гофры треугольной формы, на боковых поверхностях треугольных гофр ленты выполнены лепестки в виде круговых сегментов, при этом хорды сегментов смежных сторон гофр расположены под углом к другу.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к технологическому ректификационному оборудованию и, в частности, к насадкам ректификационных колонн.

Наиболее близкой по технической сущности и достигаемому техническому результату к заявляемой является насадка ректификационной колонны, образованная вертикальной трубой и размещенными в трубе перпендикулярно ее оси тепломассообменными устройствами, содержащими разнесенные по оси трубы пористые элементы, разделенные кольцевыми проставками различного вида (а.с. RU №2081698, кл. 6 B01J 19/32, 1997).

Однако в этом случае насадка не обладает достаточной эффективностью действия, поскольку не обеспечивает симметричных относительно друг друга потоков флегмы и пара, не исключает возможности просачивания флегмы по стенкам колонны и смешивания этого потока с флегмой на нижележащих тепломассообменных устройствах, что снижает производительность и нарушает режим идеального фракционирования. Кроме того, эта насадка сложна при сборке (требует ориентации в поперечном сечении трубы колонны последующего пористого элемента и проставки по отношению к предыдущим). Насадка не обладает достаточной эффективностью действия, поскольку не обеспечивает в полном объеме тепломассообмен между компонентами смеси в необходимом количестве, что ведет к необоснованным затратам сырья и увеличению общей массы конструкции.

Этот недостаток был устранен путем внедрения кольцевой проставки, образованной сдвоенными лентами, одна из которых имеет гофры треугольной формы, на сторонах гофр выполнены лепестки в виде круговых сегментов, при этом хорды сегментов смежных сторон гофр расположены под углом друг к другу. Такое конструктивное исполнение проставки за счет формы и ориентации отогнутых лепестков обеспечивает как осевую, так и радиальную и касательную составляющие скорости газовой фазы, что приводит к ее дополнительной турбулизации и повышению массообменных характеристик процесса, а также экономии затрат сырья для изготовления элементов ректификационной колонны.

Техническим результатом, на достижение которого направлена заявляемая насадка, является повышение ее эффективности за счет установки вдоль оси между тарелками кольцевых проставок в виде пакетов, образованных сдвоенными лентами, одна из которых имеет гофры треугольной формы, на сторонах гофров выполнены лепестки в виде круговых сегментов, при этом хорды сегментов смежных сторон гофр расположены под углом друг к другу, тем самым эффективность данной колонны увеличивается вследствие того, что, расположив кольцевые проставки предлагаемой конструкции таким образом, мы предотвращаем возможность неэффективного контакта поднимающегося пара и стекающей флегмы после прохода флегмы и пара кольцевой проставки 5, находящейся на периферии, что положительно, в частности, влияет на тепломассообмен в данной области, и в общем, на эффективность всей колонны, что приводит к приближению процессов в колонне к идеальным и существенному повышению четкости фракционирования даже вблизи азеотропной точки.

Для достижения указанного технического результата в известной насадке ректификационной колонны, образованной вертикальной трубой и размещенными в трубе перпендикулярно ее оси тепломассообменными устройствами, содержатся разнесенные по оси трубы пористые элементы, разделенные кольцевыми проставками по оси 4 и по периферии 5. Пористые элементы образованы чередующимися тарелками, одна из которых выполнена в виде диска с центральным отверстием и направленной вверх периферийной отбортовкой для взаимодействия с трубой по всему ее периметру, а вторая в виде плоской детали, взаимодействующей своими крайними выступающими участками с трубой для образования зазора между ними для прохода пара, а кольцевые проставки в виде пакетов, образованных сдвоенными лентами, одна из которых имеет гофры треугольной формы, на сторонах гофр выполнены лепестки в виде круговых сегментов, при этом хорды сегментов смежных сторон гофр расположены под углом друг к другу и выполнены паропроницаемыми. При этом плоская деталь может быть выполнена в виде многоугольника, в виде круга с выступами по краям. Диск и плоская деталь могут быть выполнены из сетчатого полотна. Кольцевые проставки могут быть выполнены из сдвоенных лент, одна из которых имеет гофры треугольной формы с выполненными на них лепестками в виде круговых сегментов, при этом хорды сегментов смежных сторон гофр расположены под углом друг к другу.

На фиг.1 изображен продольный разрез насадки ректификационной колонны.

На фиг.2 изображено сечение А-А фиг.1 с тарелкой, имеющей круглое центральное отверстие.

На фиг.3 изображено то же, с тарелкой, имеющей звездообразное центральное отверстие.

На фиг.4 изображено то же, с тарелкой, имеющей многоугольное отверстие.

На фиг.5 изображено сечение Б-Б фиг.1 с тарелкой в виде многоугольника.

На фиг.6 изображено то же, с тарелкой в виде круга с выступами по краям.

На фиг.7 изображено то же, с тарелкой в виде круга с вырезами, ограниченными дугами.

На фиг.8 изображены вверху - фрагмент негофрированной ленты с лепестками, внизу - фрагмент гофрированной ленты с лепестками.

Насадка ректификационной колонны содержит вертикальную трубу 1 и размещенные в трубе перпендикулярно ее оси тепломассообменные устройства, содержащие разнесенные по оси трубы пористые элементы. Элементы образованы чередующимися тарелками 2 и 3, разделенными кольцевыми проставками в виде пакетов, образованных сдвоенными лентами, одна из которых имеет гофры треугольной формы, на сторонах гофр выполнены лепестки в виде круговых сегментов, при этом хорды сегментов смежных сторон гофр расположены под углом друг к другу по оси 4 и по периферии 5. Тарелка 2 выполнена в виде диска с центральным отверстием 6 и периферийной отбортовкой 7. Отбортовка 7 направлена вверх и плотно взаимодействует с трубой 1 по всему ее периметру. Центральное отверстие тарелки 2 может быть выполнено круглым (фиг.2), звездообразным (фиг.3) или многоугольным (фиг.4). Тарелка 3 выполнена в виде плоской детали, образованной многоугольником 8 (фиг.5), взаимодействующим своими крайними выступающими участками 9 с трубой 1 для образования зазора "а" между тарелкой 3 и трубой 1 для прохода пара. Плоская деталь может быть выполнена в виде круга 10 с выступами 11 по краям (фиг.6) или в виде круга 12 с вырезами, ограниченными дугами 13 (фиг.7). Диск и плоская деталь могут быть выполнены из сетчатого полотна. Кольцевые проставки 4 и 5 могут быть образованы сдвоенными лентами 14 и 15, одна из которых имеет гофры треугольной формы 14, на сторонах гофр выполнены лепестки 16 в виде круговых сегментов, при этом хорды сегментов смежных сторон гофров расположены друг к другу под относительным углом, не равным 180°, в зависимости от нагрузки колонны по жидкости и пару (фиг.8). Все описанные конструктивные выполнения кольцевых проставок обеспечивают их проницаемость для пара.

Насадка ректификационной колонны работает следующим образом. Пар поступает в трубу 1 снизу и поднимается вверх, проходя через зазоры "а" между тарелкой 3 и трубой 1, и через центральное отверстие 6 тарелки 2. Флегма поступает в трубу 1 сверху и, попадая на тарелку 2, стекает через ее центральное отверстие 6 на тарелку 3. Указанная последовательность размещения тарелок создает организованное зигзагообразное осесимметричное движение паров и флегмы исходного продукта. Тарелки 2, 3 выполнены из пористого материала, поры которого имеют такие размеры, что при смачивании этого материала флегмой на тарелках за счет сил поверхностного натяжения образуется сплошная пленка жидкости, которая является непроницаемой для пара. Фактически пористые тарелки при работе колонны подобны сплошной пластине по отношению к пару и проницаемые для флегмы.

При накоплении флегмы на тарелках ее излишки просачиваются сквозь их поры и образуют капельки на их нижних поверхностях. Эти капельки флегмы перемещаются в направлении движения пара под тарелкой, как показано на фиг.1 тонкими линиями. Для тарелок 2 это движение происходит от периферии к центру, а для тарелок 3 от центра к периферии. Накопившаяся сверх меры флегма капает с конечной границы своего движения по тарелке на следующую тарелку, например, с краев отверстия 6 тарелки 2 на тарелку 3 через кольцевые проставки. Кроме того, тарелки 2, контактирующие со стенками трубы 1 своей периферийной отбортовкой 7 за счет эффекта смачивания, обеспечивают полное перетекание флегмы со стенки трубы на эту тарелку. Такое движение пара и флегмы приводит к интенсификации тепломассообменных процессов в колонне, а предлагаемая кольцевая проставка выполнена в виде пакета, образованного лентами 14 и 15. На боковых поверхностях треугольных гофр ленты 14 выполнены лепестки 16 в виде круговых сегментов. При этом хорды у смежных гофр наклонены друг к другу. Ориентация лепестков каждого последующего слоя проставки противоположна предыдущей, что исключает поперечное смещение газового потока по ходу его движения.

Кольцевая проставка работает следующим образом: газовая фаза, двигаясь по аппарату снизу вверх, проходит через слой проставки и контактирует с жидкостью, стекающей по проставке в виде пленки, отдельных струй и капель. При прохождении по вертикальным каналам, образованным гофрами, поток газовой фазы регулярно рассекается отогнутыми лепестками и направляется в сегментные отверстия, образованные на поверхности лент при отгибе лепестков, при этом газовые струи постоянно меняют свою траекторию и скорость, сталкиваются между собой, за счет чего достигается дополнительная турбулизация потока газа.

Жидкость подается на слой кольцевой проставки сверху. Она стекает по боковой поверхности лент в виде пленки. Достигая кромок сегментных лепестков гофрированных лент и нижних кромок сплошных лент, жидкая фаза формируется в виде пленки и встречается с турбулизованными струями газовой фазы, обеспечивая постоянное обновление поверхности контакта фаз и повышение эффективности процесса массообмена.

При работе кольцевой проставки сегментные отверстия будут периодически перекрываться пленкой жидкости. При этом образуется дополнительная двухсторонняя поверхность контакта фаз, что обеспечивает высокую эффективность массообмена, а большой свободный объем проставки препятствует «захлебыванию». Жидкость будет распределяться по всему объему проставки в виде пленок, формируемых на кромках лепестков и краев лент, чему способствует форма лепестков в виде круговых сегментов. Это обеспечивает эффективную работу кольцевой проставки в условиях низкой плотности орошения.

Предлагаемая конструкция кольцевой проставки позволяет изготовить ее методом штамповки из листового материала, что обеспечивает низкую себестоимость ее изготовления.