SU1068135A1 - Колонна дл тепломассообменных процессов - Google Patents

Abstract

1. КОЛОННА ДЛЯ ТЕШЮМЛССООБМЕННЫХ ПРОЦЕССОВ между газом и жидкостью, содержаща  корпус круглого сечени , расположенные в корпусе по высоте пленочные тарелки в виде сплошного горизонтально размещенного листа с закрепленными на нем. вертикальными патрубками одинаковой длины, установленными параллельными р дами, причем нижние торцы патрубков имеют косой срез и нижние торцы патрубков вышележащей тарелки расположены ниже верхних торцов патрубков нижележащей тарелки, отличающа с  тем, что, с целью увеличени  эффективности за счет повышени  степени сепарации капель жидкости из потока газа в пространстве между смежными тарелками и снижени  в межтарельчатом пространстве скорости газа и увеличени  длины пути его движени  в горизонтальном направлении, патрубки в дой тарелке выполнен разных диамет ров, при этом 3 каждом отдельном (Л р ду патрубки имеют одинаковый диаметр , а в последующих р дах на смежных тарелках - разные диаметры, причем на первой по ходу газа тарелке в периферийных р дах размещены 2 патрубки большего .

Description

2, Колонна по п,1, о т л и ч а ю щ а   с   тем, что она снабжена рещетками , размещенными между парами смежных тарелок.

1

Изобретение относитс  к колоннам дл  проведени  тепломассообменных процессов ме оду газом и жидкостью, примен емых, в частности, в процессах неизотермической абсорбции, ректификации, а также испарении и конденсации дл  обеспечени  высокой эффективности процессов тепломассообмена при высокой пропускной способности .

Известна колонна дл  проведени  тепломассообменных процессов между газом и жидкостью, содержаща  корпус и расположенные в корпусе по высоте пленочные тарелки, кажда  из которых выполнена в виде сплошного горизонтально расположенного (листа с закрепленными на нем вертикальными патрубками, нижние торцы которых расположены ниже нижней поверхности листа, а верхние торцы совпадают с верхней поверхностью листа 11.

Известна колонна дл  проведени  тепломассообменных процессов между газом и жидкостью, содержаща  корпус и расположенные в корпусе по высоте пленочные тарелки, выполненные с патрубками, при этом верхниеторцы патрубков выступают над верхней поверхностью листа 2.

Основной недостаток данных колон заключаетс  в повышенном уносе капель жидкости потоком газа с тарелки на тарелку, преимущественно обус ловленный наличием, разрывов пленки жидкости на капли-в пространстве мелоду смежными тарелками, которые возникают при переходе жидкости из патрубков вышележащей тарелки на поверхность нижележащей.

Известна также колонна дл  контактировани  газа с жидкостью, содержаща  сдвоенные перфорированные тарелки и размещенные между ними решетки СЗ.

Однако такой аппарат не обеспечивает проведение процесса в пленочном режиме.

Наиболее близкой по технической сущности к изобретению,  вл етс  колонна, содержаща  корпус круглого сечени , расположенные в корпусе по высоте пленочные тарелк  в виде сплошного горизонтально размещенного листа с закрепленш ми на нем вертикальными патрубками одинаковой

2

длины, установленными параллельными р дами, причем нижние торцы патрубков имеют косой срез, а нижние торцы патрубков вышележащей тарелки расположены ниже верхних торцов патрубков ни.жележащей тарелки. Жидкость движетс  сверху вниз, а газ - снизу вверх. Поток газа, содержащий капли жидкости, раздел етс  в патрубкахкаждой тарелки на вертикальные струи скорость движени  которых выше скорости газа в межтарельчатом пространстве . При выходе .из патрубков струи газа удар ютс  о лист вышележащей тарелки в межпатрубочных пространствах , после чего эти струи измен ют в пространстве между смежными тарелками скорость и направление движени  (скорость резко уменьшаетс , а направление движени  измен етс  на горизонтальное). Капли жидкости под действием инерционных сил отдел ютс  от струй газа и вследствие капилл рного эффекта приливают к нижней поверхности листа вышележащей та:релки. Аналогично поток газа, содержащий капли жидкости, движетс  далее вверх ino колонне. Вследствие того, что 1нижние торцы патрубков имеют косой срез и развернуты на соседних тарелках один относительно другого на 180 ш известной колонне обеспечиваетс  продольное секционирование потока газа, содержащего капли жидкости, т.е. колонна по принципу движени  газа оказываетс  как бы разбитой на множество единичных элементов.. В каждом таком единичном элементе стру  газа проходит в пространстве между смежными тарелками в горизонтальном направлений минимальное рассто ние - только к соседнему р ду патрубков на вышележащей тарелке , причем в .соседних межтарельчатых пространствах направлени  движени  струй газа в горизонтальном направлении противоположны r4J.

Недостатком известной конструкции  вл етс  невысока степень сепарации (отделени  } капель жидкости из потока газа в пространстве между смежными тарелками, котора  приводит к повышенному уносу капельной жидкости с нижележащей на вышележащую смежную тарелку и, следовательно, к снижению эффективности тепломассообменных процессов, что Обусловлено недостаточным сни- жением скорости движени  струй газа содержащих капли жидкости, в пространстве колонны между смежными тарелками по сравнению со скоростью движени - этих струй в патрубках нижележащей тарелки, а также малой ДЛИНОЙ пути движени  струй газа в горизонтальном направлении в пространстве между смежными тарелками Эти особенности движени  газа в известной колонне снижают эффективность сепарации капель в пространст ве между смежными тарелками за счет недостаточного обеспечени  в нем эффекта инерционного отделени  капель . Кроме того, это также вызываетс  недостаточной эффективностью сепарации капель в первом по ходу газа пространстве между смежными тарелками за счет невысокой скорости струй газа в периферийных патрубках первой по ходу газа тарел ки по сравнению со скоростью струй газа в центральных патрубках этой тарелки..Разница скоростей движени  струй газа в патрубках первой тарелки обусловлена соответствующим профилем скорости потока газа в колонне перед его входом в патрубки тарелки: у стенок корпуса колонны (на периферииj скорость ниже из-за трени  потока о стенки, чем в центре колонны. Вследствие этого струй газа с капл ми жидкости, выход щие из периферийных патрубков первой тарелки, удар ютс  о соответствующи межпатрубочные пространства вышележ щей -(второй) тарелки с меньшей сило что обуславливает снижение эффектив ности сепарации капель в первом по ходу газа пространстве между смежны ми тарелками. Правильное конструктивное выполнение первой по ходу газа пары смежных тарелок  вл етс  ючень важным, поскольку при использ вании колонны в качестве каплеотбой ного устройства в первом по ходу га пространстве между смежными тарелка происходит на практике отделение, как правило, около 50% всей капельной жидкости, уносимой потоком газа из нижерасположенной тепломассообменной колонны. Цель изобрете ни  - увеличение эф фективности за .счет повьлдени  степе ни сепарации капель жидкости из потока газа в пространстве между смеж ными тарелками и снижени  в межтарельчатом пространстве скорости газ к увеличение длины пути его движени в горизонтальном направлении. Поставленна  цель достигаетс  тем, что в.колонне дл  тепломассооб менных процессов, содержащей корпус круглого сечени , расположенные в корпусе по высоте пленочные тарелки в виде сплошного горизонтально размещенного листа с закрепленными на нем вертикальными патрубками одинаковой длины, установленными параллельными р дами, причем нижние торцы патрубков имеют косой срез и нижние торцы патрубков ВЕлшележащей тарелки расположены ниже верхних .то-рцов патрубков нижележащей тарелки, патрубки в каждой тарелке -выполнены разных диаметров, при этом в каждом отдельном р ду патрубки имеют одинаковый диаметр, а в последующих р дах на смежных тарелках - разные диаметры , причем на первой по ходу газа тарелке в периферийных р дах размещены патрубки большего диаметра. Кроме того, между соседними парами смежных тарелок установлены распределительные решетки дл  газа. На фиг. 1 изображена колонна, продольный разрез; на фиг. 2 - разрез А-А на фиг . 1. Колонна содержит корпус 1 круглого сечени , в котором закреплены по высоте пленочные тарелки 2 и 3. Кажда  пленочна  тарелка выполнена из сплошного горизонтально размещенного листа 4 с закрепленными на нем вертикальными патрубками 5 и б оди 1аковой длины большого и малого диаметров соответственно, установленными параллельными р дами 7 и 8. Ка каждой тарелке нижние торцы 9 патрубков имеют косой срез. В каждом отдельном р ду 7 или 8 ia тарелке 2 или 3 патрубки 5 и б имеют , одинаковый диаметр, а в соответствующих р дах 7 и 8 на смежных тарелках 2 и 3. эти патрубки имеют разные диаметры. Нижние торцы 9 патрубков вышележащих тарелок 3 расположены ниже верхних торцов 10 патрубков соответствующих нижележащих смежных тарелок 2. На первой по ходу газа тарелке 2 в каждой паре смежных тарелок 2 и 3 в периферийных р дах, например, 7 и 8 размещены патрубки 5 большого диаметра.Между соседними парами смежных тарелок 2 и 3 по высоте корпуса установлены распределительные решетки 11 дл  газа , выполненные из перфорированных пластин с площадью свободного сечени  более 35% от поперечного сечени  корпуса 1 колонны. Колонна работает следующим образом . Жидкость из распределител  орошени  (не показанJ подаетс  на горизонтальный лист 4 вышележащей тарелки 3 и движетс  по нему в виде пленки, котора  через верхние гори- . зонтальные торцы патрубков этой тарелки равномерно распредел етс  по внутренним поверхност м патрубков и под действием силы т жести стекает сверху вниз в виде пленки, попада  на сплошной горизонтальный лист 4 ни/кележащей смежной тарелки 2. По нижележащей тарелке 2 жидкость движетс  описанным способом, вследствие того, что нижние торцы 9 патрубков вышележащей тарелки 3 имеют косой срез и расположены ниже верхних торцов 10 патрубков тарелки 2, торцы 9 опуадены в горнзоьгтальную пленку-жидкости на нижележащей смежной тарелке 2, и пленка жидкости движетс  в пространстве мелсду сменными тарелками 2 к 3 без разрыва на кап ЛИ, т.е такой способ движени  жид кости в пространстве между сг- ежными тарелками, где в основном происходит отделение капель жидкости КЗ потока газа, уг еньшает капельный унос жидкости с нижележащей тарелки 3 на выцлележащуго смежную тарелку 2, Из патрубков тарелки 2 бла годар  косому срезу из нижг х торцов жидкость стекает в виде отдельных струй с нижних кончиков косых срезов. Струи жидкости проход т сквозь отверсти  распределительной решетки 11 дл  газа и попадают на сплошной горизонтальный лист 4 вышележащей смежной тарелки 2 соседне пары смежных тарелок 3 и 2г и жидкость движетс  далее вниз по колон не описанным способом. Поток газа, содер/жащий капли жидкости, .поступает к первой по ходу газа тарелке 2 из нижней части колонн г {не показан ) и раз,цел етс  в патрубках 5:и 6 тарелки 2 на вертикальные струи, скорость движени  которых Biaiue скорости потока газа в нижней части колонны из-за того, что площадь свободного сечени  тарелки 2 меньше площади поперечного сечени  корпуса 1 колонны. Вследствие того что тарелка 2 снабжена патрубками 5 и G одинаковой длины/ но разного диаметра, причем в периферийных р дах этой тарелки размещены патрубки 5 большего диаметра, коэффициент газодинамического сопротивл -ни  па рубков 5 в периферийных р дах ниже чем у патрубков б в центральных р  дах. Из-за разности этих коэффициентов и одинакового перепада давле ни  в патрубках 5 и « тарелки 2 м, поскольку патрубки 5 и 6 на тарелк i2 относительно потока газа подклю чены параллельно распределение по тока газа происходит по патрубКсШ тарелки 2 таким образом, что скорость движени  и, следовательно, расход газа вьние в патрубках 5 большего диаметра периферийных р дов , по сравнению со скоростью и расходом газа в патрубках б малого диаметра центральных р дов. При выходе из патрубков 5 и 6 тарелки струи газа, содержащие капли жидкости , удал ютс  о лист 4 В ышележа смежной тарелки 3 в межпатрубочных пространствах, посла чего эти струи измен ют в пространстве между смежными тарелками 2 и 3 скорость и направление движени (скорость резко уменьшаетс , направление движени  измен етс  на гopизoнтaльнoe. Капли жидкости под действием инерционных сил отдел ютс  от струи газа и вследствие капилл рного эффекта прилипают к нижней поверхности листа 4 вышележащей смежной тарелки 3. На ниукней поверхности листа 4 тарелки 3 образуетс  пленка жидкости, котора  по наружной поверхности патрубков этой тарелки стекает на лист нижележащей тарелки 2 без разрыва потока на капли. В пространстве между смежными тарелками происходит сепараци  основкого количества капель жидкости. Поскольку в соответствующих р дах, например 7 и 8 на смежных тарелках 2 и 3 патрубки 5 и б имеют разные диаметры, то на тарелке 3 в периферийных р дах размещаютс  патрубки малого диаметра б, а в центральных р дах - патрубки 5 большего диаметра. Соответственно, на тарелке 3 патрубки 5 центральных р дов имеют меньший коэффициент газодинамического сопротивлени , чем патрубки б периферийных р дов. Газ распредел етс  по патрубкам обратно пропорционально величине корн  квадратного из коэффициента их газодинамического сопротивлени , поэтому на тарелке 3 скорость и расход газа выше теперь уже в патрубках центральных р дов данной тарелки, вследствие того, что из-за меньшего коэффициента газодинамического сопротивлени  патрубг ов 5 центральных р дов на тарелке 3 газ подсасываетс  в пространстве между смежныг и тарелками .2 и 3 от его периферии к центру,, При этом длина пути движени  газа в горизонтальном направлении больше, чем в известном устройстве , в котором газ смещаетс  в данном направлении лишь ка один р д патрубков. Одновременно при движении газа в пространстве между тарелками 2 и 3 от периферии к центру более резко снижаетс  скорость газа, поскольку при движении от пеоиферии к центру в корпусе 1 круглого сечени  растет площадь продольного сечени  пространства мео ду смежнш и тарелками 2 и 3 из-за соответствукааего увеличени  длины хорды, . Таким образом в пространстве между смежными.тарелками предлагаемой колонны по сравнению с известной увеличиваетс  длина пути движени  газа в горизонтальном направлении и более резко снижаетс  скорость его движени  в этом направлении по сравнению со скоростью в патрубках

нижележащей смежной тарелки. Это повышает степень сепарации капель жидкости из потока газа за счет увеличени  эффекта инерционного отделени  капель. Лройд  патрубки тарелки 3 и распределительную решетку 11, поток газа перераспредел етс  по поперечному сечению корпуса 1 колонны, образу  плоский профиль скорости газа . Далее вверх по колонне поток газа движетс  описанным способом. Распределительна  решетка 11 перераспредел ет поток газа, образует плоский профиль скорости газа. Из-за установки на первой по ходу газа в колонне тарелке 2 в периферийных р дах патрубков 5 большего диаметра в предлагаемой колонне одновременно повышаетс  и степень сепарации ка-пель в первом по ходу газа в колонне пространстве между смежными тарелками 2 и 3 за счет увеличени  скорости движени  струй газа в патрубках периферийных р дов первой по ходу газа тарелки 2. Благодар  наличию на первой тарелке 2 .в периферийных р дах патрубков.5 большего диаметра, имеющих меньший коэффициент газодинамического сопротивлени , поток газа распредел етс  по патрубкам таким образом, что в патрубках периферийных р дов выше скорость и расход газа. Выход щие из патрубков периферийных р дов струи газа, содержащие капли жидкости, с большей силой удар ютс  о межпатрубочные пространства нижней поверхности листа 4 вышележащей (иторой I смежной тарелки 2, что повЕлиает по сравнению с известной колонной степень сепараци капель из потока газа в первом по ходу газа пространстве между смежньоми тарелками 2 и 3.

Пример. Испытани  известной и предлагаемой колонн провод т в сопоставимых услови х на модельной установке с колонной из стали 12Х18Н10Т и диаметром корпуса 0,5 м, Обе колЪнны используютс  в качестве каплеотделительных устройств,устанавливаемых над распределителем жидкости в верхней части колонны того же диаметра, снабженной шестью провальными тарелками площадью свободного сечени  15%, ус танов на рассто нии 0,3 м друг от друга. Испытани  провод т при атмосферном давлении на средах вода - воздух. Пробы газа на содержание воды отбираютс  до и после каплеотделительных устройств. Количество воды в пробе определ ют методом ее вымораживани . Воду на первую провальную тателку подают через распределитель жидкости с расходом в расчете на поперечное сечение колонны б-ЗО Расход воздуха в патрубках поддерживают в диапазоне, соответствующем изменению F-фактора в патрубке в интервале 2,5-5 {F vVp, где W - скорость газа, м/с; о- плотность газа, кг/м).

Обе колонны содержат по четыре тарелки , причем смежные тарелки устанолены на рассто нии 148 мм друг от друга, и кажда  тарелка колонн содержит 55 патрубков длиной 150 мм, расположенных в 15 р дов по вершинам правильных треугольников с шагом 64 мм. Лист тарелки имеет толщину 4 мм, верхние торцыпатрубков выступают над листом тарелки на 4 мм. Нижние торцы патрубков имеют косой срез под углом 45 . Известна  колонна снажена пaтp.yбкaJMи 1 25x2 м}л, а предлагаема  имеет патрубки 25x2 и 32х ,5 мм, причем на первой по ходу газа тарелке большие патрубки 32x1,5 Mivi установлены в 10 периферийных р дах (по п ть периферийных р дов с обеих противоположных сторон поперечного сечени  колонны ), В предлагаемой колонне между двум  соседними парами смежных тарелок установлена распределительна  решетка дл  газа в виде перфорированной пластины толщиной 4 мм, площадью свободного сечен;  40% и диаметром отверстий перфорации 7 мм. Рассто ние между вышележащей тарелкой первой по ходу газа парой смежных тарелок и нижележащей тарелкой второй пары 370 мм. Рассто ние между вышележащей тарелкой первой пары смежных тарелок и распределительной решеткой 180 мм.

В результате испытаний установлено , что в сопоставимых услови х ( сепараци  капель в известной колонне составл ет 90-91%, а в предлагаемой колонне - 94-95%. Таким образом в предложенной кЬлонне степень сепарации капель жидкости из потока газа возрастает по сравнению с известной колонной.на 3-5 абс.%.

В

А-А

(pit г. 2

Claims (2)

1. КОЛОННА ДЛЯ ТЕПЛОМАССООБМЕННЫХ ПРОЦЕССОВ между газом и жидкостью, содержащая корпус круглого сечения, се по высоте де сплошного ного листа с расположенные в корпупленочные тарелки в вигоризонтально размещен- вертикальными патрубками одинаковой длины, установленными параллельными рядами, причем нижние торцы патрубков имеют косой срез и нижние торцы патрубков вышележащей тарелки расположены ниже верхних торцов патрубков нижележащей тарелки, отличающаяся тем, что, с целью увеличения эффективности за счет повышения степени сепарации капель жидкости из потока газа в пространстве между смежными тарелками и снижения в межтарельчатом пространстве скорости газа и увеличения длины пути его движения в горизонтальном направлении, патрубки в каждой тарелке выполнен^ разных диаметров, при этом в каждом отдельном ряду патрубки имеют одинаковый диа- Ι/Λ метр, а в последующих рядах на смеж-l’JjJ ных тарелках - разные диаметры, It причем на первой по ходу газа та- | релке в периферийных рядах размещены О •

оо >

2. Колонна по п.1, о щ а я с я тем, что она т л и ч а ю снабжена решетками, размещенными между парами смежных тарелок.