(54) ФРАКЦИОНИРУЮЩИЙ АППАРАТ(54) FRACTORIZING APPARATUS
Изобретение относитс к устройствам дл разделени нефтехимических смесей на фракции и может быть использовано в нефт ной, химической и нефтегазоперерабатывающей промышленности. Известен фракционирующий аппарат дл разделени газожидкостной смеси, состо щий из корпуса и тарелок, снабженных контактными элементами, выполненными в виде переточных патрубков с завихрител ми и цилиндрических трубок, расположенных коаксиально относительно переточных патрубков . Переточные патрубки расположены между цилиндрическими трубками и снабжены боковыми отверсти ми дл прохода газа. В аппарате на наружной поверхности переточных патрубков закреплен дисковый отбойник капель, а завихрители потока выполнены в виде закручивающихс розеток 1. Однако в указанном аппарате по вл етс поперечна неравномерность распределени потоков, в результате которого возникают .проскоки газа, провалы жидкости, брызгоунос и застойные зоны. Кроме того, отбойники капель и переточные патрубки создают дополнительное сопротивление движению потоков, что приводит к увеличению энергозатрат . Известен массообменный аппарат дл разделени газожидкостной смеси, состо щий из вертикального цилиндрического корпуса и горизонтальных перегородок, которые дел т весь корпус на контактные камеры. Контактные элементы, выполнены в виде коаксиальных цилиндров, расположенных в контактных камерах. Завихрители состо т из направл ющих цилиндров и размещенных на внутренней их поверхности радиальных вогнутых лопаток. Установлены завихрители под контактными элементами. Дл слива жидкости на нижележащую тарелку имеютс переточные устройства 2. Недостатками этого аппарата вл ютс переменный градиент уровн жидкости на горизонтальных перегородках, что приводит к ухудщению процесса массопередачи в контактных камерах и резкое увеличение сопротивлени контактных элементов за счет дополнительных перегородок, направл ющих цилиндров и переточных устройств. Известен фракционирующий массообменный а/тпарат, содержащий корпус, включающий р д коаксиально установленных секций. турбулизаторы с веерообразно закрепленными лопатками, расположенные в каждой секции, патрубки ввода и вывода паровой и жидкой фаз. Аппарат выполнен из соединенных между собой отдельных.царг 3. Недостатком аппарата, вл етс мала межфазна поверхность и недостаточна производительность. Цель изобретени - улучшение процесса массообмена путем повышени межфазной поверхности и увеличение производительност;и аппарата. Поставленна цель достигаетс тем, что во фракционируюш.ем аппарате, содержащем корпус, включаюший р д коаксиально установленных цилиндрических секций, турбулизаторов с веерообразно закрепленньь ми на них лопатками, расположенные в каждой секции, патрубки ввода и вывода паровой и жидкой фаз, рассто ние между турбулизаторами равно удвоенному рассто нию между цилиндрическими секци ми, а угол наклона лопаток турбулизатора к плоскости коаксиальных элементов составл ет 11 - 26. Лучший диапазон рассто ний между турбулизаторами равен 150-300 мм. Деление всего объема колонны коаксиально расположенными элементами позвол ет ликвидировать поперечную неравномерность потокой: однонаправленное движение 2-х фазного потока в объемах секций значительно увеличивает врем .контактировани фаз и число соударений частиц жидкости и пара, что приводит к увеличению межфазной поверхности и, следовательно, повышает эффективность раздел юш,ей способности аппарата . Отсутствие горизонтальных перегородок (тарелок), направл ю.ш,их цилиндров и переточных устройств дает возможность резко понизить сопротивление аппарата проходу парового потока. На фиг. 1 показан предлагаемый аппарат , общий вид; на фиг. 2 - разрез А-А на фиг. 1. Фракционирующий аппарат состоит из корпуса 1, который делитс несколькими коаксиальными элементами 2 на р д цилиндрических секций 3. Стенки элементов (коаксиально расположенных цилиндров) раздел ют весь объем аппарата на несколько объемов и вл ютс опорной конструкцией дл креплени турбулизаторов 4. Последние состо т из веерообразно расположенных лопаток 5. Между лопатками 5 турбулизатора 4 и стенками секций имеетс пространство дл слива жидкости на нижележащий турбулизатор 4. В корпусе 1 имеютс патрубок 6 дл подачи в аппарат газожидкостной смеси, патрубок 7 дл вывода из аппарата паровой фазы, патрубок 8 дл подачи в секции жидкости и патрубок 9 дл вывода жидкой фазы . Внизу корпуса 1 установлена решетчата тарелка 10. Аппарат работает следующим образом. Пар через патрубок 7 поступает вниз корпуса 1, раздел сь по цилиндрическим секци м 3, и попада на турбулизаторы 4, приобретает вращательное движение. Жидкость через патрубок 8 и распределитель направл е .тс .в цилиндрические секции 3, подхватываетс и дробитс паром, образу однонаправленный , сильно турбулизированный, двухфазный поток. Во врем испытани фракционирующего аппарата было установлено , что турбулизаторный режим возникает и распростран етс одновременно во всех секци х 3, так как происходит автоматическое регулирование потоков в них. При увеличении потока пара в одной из секций 3 в ней резкр возрастает сопротивление проходу двухфазного потока, что приводит к уменьшению его скорости в этой секции 3 и перераспределению пара по другим секци м . Аналогичное вление было обнаружено и при работе трубчатых ректификационных колонн. Однако при повыщении скорости пара наблюдалась тенденци к автомодельности потоков в цилиндрических секци х 3, и дл более равномерного распределени парового потока внизу корпуса 1 монтировалась решетчата тарелка 10. В цилиндрических секци х 3 под действием центробежной силы происходит многократное соударение частиц жидкости о лопатки 5 турбулизатора 4, жидкость дробитс и резко увеличиваетс межфазова поверхность массопередачи. У внешних стенок цилиндрических секций 3 капли жидкости, в результате разности термодинамических потенциалов (эффект Ранка), коагулируютс и под действием силы т жести перетекают на нижележащий турбулизатор 4. Внизу аппарата собираетс жидкость из всех цилиндрических секций 3 и выводитс из него через патрубок 9. Исследовани работы фракционирующего аппарата вы вили определенную зависимость эффективности разделени смесей от рассто ни между турбулизаторами. С увеличением рассто ни понижаетс эффективность работы аппарата, а с уменьшением междутурбулизационного рассто ни повышаетс сопротивление и растут энергозатраты на процесс фракционировани . Эмпирическим путем установлено, что оптимальные услови работы аппарата наход тс при рассто нии между турбулизаторами 150- 300 мм. Повышение эффективности массообмена и увеличение производительности фракционирующего аппарата достигаетс тем, что коаксиально установленные элементы выполнены в виде цилиндров различного диаметра по всей высоте и дел т весь объем аппарата на р д цилиндрических секций, а неподвижно закрепленные на элементах турбулизаторы с лопатками превращают пр молинейное движение потоков в вихревое.The invention relates to devices for the separation of petrochemical mixtures into fractions and can be used in the petroleum, chemical and oil and gas processing industries. A fractionation apparatus for separating a gas-liquid mixture is known, consisting of a body and plates equipped with contact elements made in the form of overflow nozzles with swirlers and cylindrical tubes arranged coaxially with respect to the overflow nozzles. The overflow pipes are located between the cylindrical tubes and are provided with side holes for the passage of gas. In the apparatus, a disk bump stop is mounted on the outer surface of the overflow pipes, and the flow swirlers are made in the form of twisting sockets 1. However, in the indicated apparatus, transverse uneven distribution of the flows appears, resulting in gas sweeps, fluid dips, blasts and stagnant zones. In addition, dropping bumpers and overflow nozzles create additional resistance to the movement of flows, which leads to an increase in energy consumption. A mass transfer apparatus for separating a gas-liquid mixture is known, consisting of a vertical cylindrical body and horizontal partitions that divide the entire body into contact chambers. Contact elements are made in the form of coaxial cylinders located in contact chambers. The swirlers consist of guide cylinders and radial concave vanes placed on their inner surface. Swirlers under the contact elements are installed. For draining the liquid to the underlying plate, there are overflow devices 2. The disadvantages of this device are the variable gradient of the liquid level on the horizontal partitions, which leads to deterioration of the mass transfer process in the contact chambers and a sharp increase in the resistance of the contact elements due to additional partitions, guide cylinders and overflow devices . A fractionation mass transfer a / tparat is known, comprising a housing comprising a series of coaxially mounted sections. turbulators with fan-shaped blades located in each section, inlets and outlets of the steam and liquid phases. The apparatus is made up of interconnected separate ones. Czar 3. A disadvantage of the apparatus is the small interfacial surface and insufficient productivity. The purpose of the invention is to improve the mass transfer process by increasing the interfacial surface and increasing the productivity and apparatus. This goal is achieved by the fact that in a fractionation apparatus, comprising a housing, including a number of coaxially mounted cylindrical sections, turbulators with fan-shaped blades fixed in them, in each section, inlets and outlets of the vapor and liquid phases, the distance between the turbulators equal to twice the distance between the cylindrical sections, and the angle of inclination of the blades of the turbulizer to the plane of the coaxial elements is 11 - 26. The best range of the distance between the turbulators is 150-300 mm Dividing the entire volume of the column with coaxially arranged elements eliminates lateral flow irregularity: the unidirectional movement of a 2-phase flow in the volumes of the sections significantly increases the contact time of the phases and the number of collisions of liquid and vapor particles, which leads to an increase in the interfacial surface and, consequently, increases the efficiency Yush section, her abilities apparatus. The absence of horizontal partitions (plates), directional lines, their cylinders and overflow devices makes it possible to drastically reduce the resistance of the apparatus to the passage of the vapor flow. FIG. 1 shows the proposed apparatus, a general view; in fig. 2 shows section A-A in FIG. 1. The fractionation apparatus consists of a housing 1, which is divided by several coaxial elements 2 into a series of cylindrical sections 3. The walls of the elements (coaxially arranged cylinders) divide the entire volume of the apparatus into several volumes and are the supporting structure for fastening the turbulators 4. fan-shaped blades 5 are located. Between the blades 5 of the turbulator 4 and the walls of the sections there is a space for draining the liquid to the underlying turbulator 4. In the housing 1 there are a branch pipe 6 for supplying the apparatus ozhidkostnoy mixture nozzle 7 for outputting the vapor apparatus, nozzle 8 for supplying liquid in the conduit section 9 and to output the liquid phase. At the bottom of the housing 1 is installed lattice plate 10. The device operates as follows. Steam through the pipe 7 enters down the housing 1, crushing the cylindrical section m 3, and falling on the turbulators 4, acquires a rotational motion. The fluid through the pipe 8 and the distributor directs it. To the cylindrical sections 3, is picked up and crushed by steam, forming a unidirectional, highly turbulized, two-phase flow. During the testing of the fractionation apparatus, it was found that the turbulatory mode arises and spreads simultaneously in all sections 3, as the flows in them are automatically regulated. With an increase in the steam flow in one of the sections 3 in it, the resistance to the passage of the two-phase flow increases, which leads to a decrease in its speed in this section 3 and the redistribution of steam through the other sections. A similar phenomenon was found during the operation of tubular distillation columns. However, as the steam velocity increased, there was a tendency to self-similarity of flows in the cylindrical sections 3, and to more evenly distribute the steam flow, a grid plate 10 was mounted at the bottom of the housing 1. In the cylindrical sections 3, under the action of centrifugal force, fluid particles repeatedly collide with the turbulator 5 of the turbulator 4 The liquid is crushed and the interphase mass transfer surface increases dramatically. At the outer walls of the cylindrical sections, 3 drops of liquid, as a result of the difference in thermodynamic potentials (the Ranka effect), coagulate and under the action of gravity flow to the underlying turbulizer 4. At the bottom of the apparatus, the liquid from all cylindrical sections 3 collects and is withdrawn from it through pipe 9. Research the operation of the fractionation apparatus revealed a certain dependence of the efficiency of the separation of the mixtures on the distance between the turbulators. With increasing distance, the efficiency of the apparatus decreases, and with a decrease in the interdurbulization distance, resistance increases and the energy consumption for the fractionation process increases. Empirically, it has been found that the optimal operating conditions of the apparatus are with a distance of 150-300 mm between the turbulators. Increasing the efficiency of mass transfer and increasing the productivity of the fractionation apparatus is achieved by the fact that coaxially mounted elements are made in the form of cylinders of different diameters along the entire height and divide the entire volume of the apparatus into a number of cylindrical sections, and the turbulators with blades fixed on the elements transform the linear flow into swirl.