Высокоскоростная регулярная насадка для тепломассообменных колонных аппаратов

КОМИТЕТ ПО ПРАВАМ ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ МИНИСТЕРСТВА ЮСТИЦИИ РЕСПУБЛИКИ КАЗАХСТАН ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ИННОВАЦИОННОМУ ПАТЕНТУ размещены по высоте в шахматном порядке,выполненные в форме прямоугольных желобов с открытым верхом и обтекаемым дном в боковых стенках которых у дна по всей длине с обеих сторон выполнены круглые сливные отверстия. Внутреннее пространство желобов секционировано на участки вертикальными перегородками, и каждый участок снабжн переливной трубкой, верхняя кромка которой имеет зубчатую форму и расположена на 510 мм ниже кромок боковых стенок желоба, а нижний конец трубки опущен в нижерасположенный желоб на 10 мм выше дна. Для сохранения сепарационных свойств в верхней части блока насадки и наджного распределения жидкости по контактным элементам сверху блока контактных элементов установлен слой желобов, не имеющих сливных отверстий у дна, а на боковой стенке аппарата в шахматном порядке установлены кольцевые карманы, снабжнные переливными трубками. Разработанное устройство наиболее целесообразно использовать в процессах,протекающих при атмосферном давлении или под вакуумом,где невысокое гидравлическое сопротивление и высокая производительность по газовой фазе очень важный фактор.(72) Казиев Мухтар Тасмуханович Садырбаева Айнур Сламбековна Джусенов Абсатер Узакбаевич Орымбетова Гулбаги Эмитовна(73) Республиканское государственное казенное предприятие Южно-Казахстанский государственный университет им. М. Ауезова Министерства образования и науки Республики Казахстан(56) Тарат Э.Я. Интенсивные колонные аппараты для обработки газов жидкостями. - Л. Изд-во Ленинград, 1976 г.-с. 240(54) ВЫСОКОСКОРОСТНАЯ РЕГУЛЯРНАЯ НАСАДКА ДЛЯ ТЕПЛОМАССООБМЕННЫХ КОЛОННЫХ АППАРАТОВ(57) Изобретение относится к контактным устройствам для тепломассообменных колонных аппаратов и может быть использовано в химических, нефтехимических, пищевых и других отраслях промышленности для проведения процессов абсорбции, ректификации, газоочистки и контактного теплообмена. Разработанная высокоскоростная регулярная насадка включает распределитель, блок контактных элементов, в котором контактные элементы Изобретение относится к контактным устройствам для тепломассообменных колонных аппаратов. Изобретение может быть использовано в химической, нефтехимической, пищевой и других отраслях промышленности для проведения процессов абсорбции, вакуумной ректификации,газоочистки, контактного теплообмена. Известно устройство А.с. СССР 401376,Контактная тарелка, опубл. 12.10.1973, бюл. 41,представляющее собой тарелку, на которой укреплены параллельно работающие прямоточноцентробежные контактные элементы, снабжнные воротниками с наклоном в сторону движения жидкой фазы на тарелке. Газовый поток поднимается снизу колонны и проходит через прямоточно-центробежные контактные элементы на тарелках. В них он взаимодействует с жидкостью в прямоточном режиме. После контакта потоки разделяются центробежным способом. Газовая фаза после разделения поступает на выше расположенную, тарелку, а жидкая фаза стекает с воротников в сторону движения е к переливу. Устройство обеспечивает общий противоток фаз по аппарату при прямоточном режиме взаимодействия их в контактных элементах. Достоинство устройства состоит в том, что оно обеспечивает колонным аппаратам высокую производительность по газовой фазе. К недостаткам относится узкий диапазон рабочих нагрузок по фазам и высокое гидравлическое сопротивление. Поэтому использование колонных аппаратов с такими контактными элементами в процессах вакуумной ректификации,газоочистки экономически невыгодно. Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению является контактное устройство - регулярная полочная насадка Тарат Э.Я. Интенсивные колонные аппараты для обработки газов жидкостями. - Л Изд-во Ленингр. ун-та, 1976.-240 с Устройство состоит из распределителя, блока, в котором регулярно по высоте в шахматном порядке размещены контактные элементы. Контактный элемент представляет собой полку, обрамлнную по краям решетчатыми окантовками. Газовый поток,поднимаясь между контактными элементами,приобретает зигзагообразное движение. Обтекая контактные элементы,газ эффективно взаимодействует с жидкостью, стекающей через решетчатые окантовки с крав полок. Достоинства устройства состоят в том, что оно имеет низкое гидравлическое сопротивление (за счт большого сечения для прохода газа - более 50 от полного сечения колонны) и обеспечивает равномерное распределение газового и жидкостного потоков в рабочем объме аппарата. Аппарат с таким контактным устройством не будет терять эффективность при увеличении диаметра колонн. К недостаткам регулярной полочной насадки относятся- низкая производительность по газовой фазе- ограниченный диапазон рабочих нагрузок. 2 Задачей изобретения является разработка конструкции регулярной насадки, обеспечивающей увеличение производительности по газовой фазе и расширение диапазона рабочих нагрузок в колонных аппаратах. Технический результат, достигаемый при использовании предлагаемого изобретения,заключается в том, что увеличивается единичная мощность колонных аппаратов,снижаются энергозатраты на проведение в них процессов разделения, повышается надежность работы аппаратов при больших колебаниях нагрузок. Поставленная задача решается тем, что в регулярной насадке, включающей распределитель,блок контактных элементов, в котором по высоте в шахматном порядке размещены контактные элементы, согласно изобретению, контактные элементы выполнены в форме прямоугольных желобов с открытым верхом и обтекаемым дном, в боковых стенках которых у дна по всей длине с обеих сторон выполнены круглые сливные отверстия, внутреннее пространство желобов секционировано на участки вертикальными перегородками, и каждый участок снабжн переливной трубкой, верхняя кромка которой имеет зубчатую форму и расположена на 510 мм ниже кромок боковых стенок желоба, а нижний конец переливной трубки опущен в ниже расположенный желоб на 10 мм выше его дна. Для сохранения сепарационных свойств в верхней части блока насадки и наджного распределения жидкости по контактным элементам сверху блока контактных элементов установлен слой желобов, не имеющих сливных отверстий у дна, а на боковой стенке корпуса аппарата в шахматном порядке установлены кольцевые карманы, снабжнные переливными трубками. Использование контактных элементов в форме желобов, имеющих обтекаемое дно, уменьшает гидравлические потери в аппарате. Снабжение желобов переливными трубками обеспечивает переток жидкости в низ колонного аппарата при высоких рабочих скоростях газа. Например, в прототипе рабочая скорость газовой фазы не превышает 13,5 м/с, а в предлагаемой насадке эта скорость увеличена до 16 м/с. На рисунке 1 схематично показано устройство насадки и характер взаимодействия в ней газа с жидкостью при низких (левая половина) и высоких(правая половина) скоростях газа. На рисунке 2 изображена конструкция желобчатого контактного элемента насадки. Насадка состоит из распределителя 1, слоя желобов, не имеющих сливных отверстий 2, блока желобчатых контактных элементов 3, кольцевых карманов 4, переливных трубок 5, вертикальных перегородок 6. Аппарат работает следующим образом. Жидкость податся из распределителя 1 в верхний слой желобов 2, не имеющих сливных отверстий и в контактные элементы 3 верхнего слоя блока насадки. Из желобов 2 жидкость по переливным трубкам стекает в контактные элементы второго слоя бока насадки. Таким образом, распределитель 1 равномерно снабжает жидкостью вс поперечное сечение аппарата. Жидкость, попадая в контактные элементы 3, накапливается в них и в виде струек равномерно в разные стороны вытекает из сливных отверстий. Газ поднимается снизу зигзагообразно,диспергирует струйки жидкости на капли с образованием развитой поверхности контакта фаз и отводится сверху. При невысоких скоростях газа (рисунок 1, левая половина) капли диспергированной жидкости под действием силы тяжести оседают в нижерасположенные контактные элементы и кольцевые карманы 4, и, таким образом, от элемента к элементу жидкость противотоком газу стекает в низ аппарата. При высоких скоростях газа (рисунок 1, правая половина) часть диспергированной на контактном элементе жидкости, сначала в виде мелких, а затем и более крупных капель, увлекается потоком газа и при изменении направления движения двухфазного потока при обтекании вышерасположенных контактных элементов отделяются от газа и возвращаются в контактный элемент. Эта часть жидкости образует поток, циркулирующий на контактном элементе. Такой макрогидродинамический эффект, возникающий при высоких скоростях газа на каждом контактном элементе, увеличивает время пребывания жидкости в зоне контакта и частоту обновления е поверхности. Вследствие увеличения расхода (обусловленного дополнительным циркулирующим потоком) и перепада давления газа уровень жидкости в контактных элементах повышается и избыток е через верхнюю зубчатую кромку переливных трубок по защищнным от динамического напора газа, внутренним полостям трубок перетекает на ниже расположенные контактные элементы. Вытекая там из нижних концов трубок, эта жидкость через сливные отверстия в боковых стенках контактных элементов в виде струек сливается в поток газа и при взаимодействии с ним,как уже описано выше, образует на них циркулирующие потоки. Перетекая по переливным трубкам от одного элемента к другому, жидкость, таким образом, противотоком газу стекает в низ аппарата при высоких скоростях газа. В этом режиме на контактных элементах происходит прямоточное взаимодействие фаз, а, в общем, по аппарату сохраняется противоточное движение фаз. Опытными испытаниями установлено, что насадка эффективно работает в диапазоне изменения рабочей скорости газа от 1 до 6,0 м/с,рассчитанной на полное сечение колонны, и имеет при этом невысокое гидравлическое сопротивление. Работа насадки осуществляется в трх рабочих режимах взаимодействия фаз. Это струйный,подвисания и циркуляционный. Самыми эффективными режимами являются режим подвисания и циркуляционный режим. Предлагаемую насадку целесообразно использовать в процессах, протекающих при атмосферном давлении или под вакуумом,например, для газоочистки или вакуумной ректификации. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ Высокоскоростная регулярная насадка,включающая распределитель, блок контактных элементов, в котором контактные элементы размещены по высоте в шахматном порядке,отличающаяся тем, что в ней контактные элементы выполнены в форме прямоугольных желобов с открытым верхом и обтекаемым дном, в боковых стенках которых по всей длине у дна с обеих сторон выполнены круглые сливные отверстия, внутреннее пространство желобов секционировано на участки вертикальными перегородками, и каждый участок снабжн переливной трубкой, верхняя кромка которой имеет зубчатую форму и расположена на 510 мм ниже кромок боковых стенок желоба, а нижний конец переливной трубки опущен в нижерасположенный желоб на 10 мм выше его дна,причем, что сверху блока контактных элементов установлен слой желобов, не имеющих сливных отверстий у дна, а на боковых стенках корпуса аппарата в шахматном порядке установлены кольцевые карманы, снабжнные переливными трубками.