Сепарационное устройство для массообменных аппаратов

 

Использование: при осуществлении процессов ректификации, абсорбции и очистки газов в соответствующих тепломассообменных аппаратах. Сущность изобретения: в сепарационном устройстве, включающем полотно тарелки и расположенные на полотне переливные патрубки и сепарационные элементы в виде цилиндрических обечаек с установленными на них на входе разделяемых фаз лопаточными завихрителями, обечайки выполнены составными в виде коаксиально расположенных с кольцевым зазором относительно одна другой наружной и внутренней обечаек, при этом наружная обечайка закреплена на внутренней с зазором относительно полотна тарелки, а внутренний диаметр кольцевого зазора между обечайками составляет 0,7 - 0,95 от наружного. В зависимости от схемы циркуляции разделяемых фаз, лопаточный завихритель может быть расположен на внутренней обечайке в ее нижней части. Кроме того, наружная обечайка может быть снабжена не менее, чем двумя расположенными на разных уровнях группами рядов просечек с отгибами, направление которых в одной группе противоположно направлению отгибов в другой группе, при этом нижние ряды просечек расположены на уровне среза внутренней обечайки на высоте не более 1/3 высоты сепарационных элементов, а верхний ряд расположен на высоте, составляющей не более 2/3 высоты упомянутых сепарационных устройств. Дополнительно нижний ряд просечек может быть выполнен с отбортовкой их кромок. 4 з.п. ф-лы, 7 ил.

Изобретение относится к химической, нефтеперерабатывающей и другим отраслям промышленности и может быть использовано при осуществлении процессов ректификации, абсорбции и очистки газов в соответствующих тепломассообменных аппаратах.

Известны разнообразные конструкции контактных устройств, в которых для разделения фаз применяются завихрители двухфазного потока жидкости, что обусловли- вает разделение фаз под действием центробежных сил [1] Это конструктивное решение значительно улучшает процесс сепарации фаз после их взаимодействия, однако не обеспечена эффективная эвакуация отсепарированной жидкости, что приводит к ее вторичному уносу, особенно при больших нагрузках по газу.

Известно также контактное устройство для массообменных аппаратов, содержащее завихритель и работающее по принципу центробежной сепарации фаз [2] Это устройство предназначено для работы в условиях больших расходов по газу, однако за счет скоростного напора по высоте сепарационных элементов возникают перепады давления, что препятствует нормальному перетоку жидкости и приводит в конечном итоге к срыву жидкости с отбойника и ее межтарельчатому уносу. Это снижает максимально допустимую скорость газа в устройстве и отрицательно сказывается на производительности и эффективности массообмена.

Известно сепарационное устройство, включающее полотно с переливными патрубками, коаксиально-расположенные цилиндрические обечайки, установленные с зазором относительно одна другой, лопаточный завихритель, установленный на входе фаз [3] Однако известное устройство обладает увеличенным гидравлическим сопротивлением.

Недостатком прототипа является увеличение гидравлического сопротивления контактного устройства.

Изобретение направлено на решение задачи по повышению эффективности и производительности сепарации фаз.

Решение поставленной задачи обеспечивается тем, что сепарационное устройство для массообменных аппаратов, включающее полотно тарелки и расположенные на полотне переливные патрубки и сепарационные элементы в виде цилиндрических обечаек с установленными на них на входе разделяемых фаз лопаточными завихрителями, обечайки выполнены составными, в виде коаксиально расположенных с концевым зазором относительно друг друга наружной и внутренней обечаек, при этом наружная обечайка закреплена на внутренней с зазором относительно полотна тарелки, а внутренний диаметр концевого зазора между обечайками составляет 0,7 0,95 от наружного. Лопаточный завихритель может быть установлен на внутренней обечайке в ее нижней части. В этом варианте, кроме того, наружная обечайка может быть снабжена не менее чем двумя, расположенными на разных уровнях группами рядов просечек с отгибами, направление которых в одной группе противоположно направлению отгибов в другой группе, при этом нижние ряды просечек расположены на уровне среза внутренней обечайки на высоте не более 1/3 высоты сепарационных элементов, а верхний ряд расположен на высоте, составляющей не более 2/3 высоты упомянутых сепарационных устройств, причем нижние ряды просечек выполнены с отбортовкой их кромок.

Техническим результатом от использования заявленного изобретения является повышение эффективности и производительности сепарации фаз при существенном снижении гидравлического сопротив- ления контактного устройства, а также расширение диапазона возможного применения.

На фиг. 1 показана схема монтажа устройств в аппарате, вид сбоку (продольный разрез); на фиг.2 вид по стрелке А на фиг.1; на фиг.3 схематично изображен продольный разрез контактного устройства; на фиг.4 то же (вариант выполнения) расположение завихрителя в нижней части обечайки; на фиг.5 узел I на фиг.4; на фиг.6 сечение Б-Б на фиг.4; на фиг.7 сечение B-B на фиг.4.

Заявленное устройство, расположенное в аппарате 1, содержит основание 2, с внутренней обечайкой 3 и коаксиально установленную на нем наружную обечайку 4, закрепленную на нем посредством, например, винтов 5. Между внутренней 3 и наружной обечайками 4 образован радиальный кольцевой зазор, ширина которого (см.фиг.3). Между полотном основания 2 и обечайкой 4 образована кольцевая щель с высотой а. В верхней части обечайки установлен лопаточный завихритель 6.

В варианте выполнения (см.фиг.4) обечайка в верхней части снабжена кольцевым отбойником 7 и рядом вертикальных щелей 8, выполненных в виде недорезов с отогнутыми внутрь и навстречу наклону лопаток завихрителя 6 пластинами 9. В нижней части обечайки выполнены аналогичные прорези, но наклон их пластин 10 направлен вдоль наклона лопаток завихрителя. Кроме того, кромки нижних щелей в верхней части выполнены с отбортовкой (см.фиг.5).

В этом варианте завихритель 6 расположен на входе во внутреннюю обечайку 3, при этом нижний ряд щелей 8 расположен на уровне среза обечайки 3, а их окончание расположено от основания не более чем на 1/3 высоты сепарационных элементов, соответственно концы верхнего ряда щелей расположены на высоте не более чем 2/3 высоты сепарационных элементов.

Работа сепарационного устройства осуществляется следующим образом.

При прямоточной схемы работы аппарата газожидкостная смесь подается сверху через узел ввода, при этом нисходящий парогазовый поток, пройдя через завихритель 6, закручивается и поступает в полость обечайки 4. Под действием центробежных сил капли жидкости отбрасываются на стенки обечайки 4, образуя пленку, жидкость стекает по стенке обечайки на полотно тарелки через кольцевую щель между наружной и внутренней обечайками 4 и 3, которые вместе с переливным патрубком (на черт. условно не показан) образуют гидрозатвор. Благодаря тому, что нижний срез наружной обечайки 4 находится ниже уровня жидкости на основании тарелки, исключается прорыв газов через кольцевую щель и исключается вторичный унос отсепарированной жидкости. Соотношение диаметров внутренней 3 и наружной 4 обечаек d 0,7 0,95D, где d диаметр внутренней обечайки 3, а D диаметр наружной обечайки, установлено опытным путем и обеспечивает оптимальные условия сепарации.

При противоточной схеме аппарата газожидкостная смесь подается снизу вверх (см.фиг.4), при этом пройдя завихритель 6, закрученный поток поступает в обечайку 4, где под действием центробежных сил капли жидкости отбрасываются на стенки обечайки 4.

При этом в зависимости от конкретных условий работы (скорости парогазового потока, количества в нем жидкости и т.д) возможны различные режимы работы.

Например, при сравнительно высоких скоростях движения парогазовой струи и высоком содержании в ней жидкости часть выделившейся на стенке обечайки 4 жидкости под действием силы тяжести начнет стекать по стенке и через кольцевую щель между наружной 4 и внутренней 3 обечайками поступает на полотно тарелки. Другая часть жидкости, под действием потока газа движется по стенке обечайки и эвакуируется через верхние щели 8 и кольцевую щель отбойника 7. Откуда по наружной поверхности обечайки 4 эвакуируется на основание тарелки 2, при этом за счет того, что кромки нижнего ряда щелей 8 снабжены в верхней части отбортовками 11, исключается переток жидкости в направлении с наружной на внутреннюю поверхность обечайки 4.

Быстрый вывод жидкости из зоны сепарации в нерабочую зону существенно улучшает работу сепарационного устройства и снижает унос жидкости. Наличие не менее чем двух рядов щелей, расположенных на разных уровнях по высоте обечайки, позволяет исключить перепады давлений по высоте сепарационного устройства, при этом расположение нижнего ряда щелей на уровне среза внутренней обечайки 3 позволяет максимально использовать эффект эжекции, а направление отгибов 9 и 10 в противоположные стороны быструю эвакуацию жидкости (отгибы 9) и вторичную сепарацию эжектированной парогазовой смеси (отгибы 10), при этом приведенное соотношение размещения верхнего и нижнего рядов просечек, составляющее соответственно 2/3 и 1/3 Н, где Н высота контактного устройства, является оптимальным с точки зрения скорости эвакуации отсепарированной жидкости. За границами указанного интервала наблюдается существенный вторичный унос жидкости.

Использование изобретения особенно эффективно для массообменных аппаратов, предназначенных для повышенных расходов парогазовых смесей.

Формула изобретения

1. СЕПАРАЦИОННОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ МАССООБМЕННЫХ АППАРАТОВ, включающее полотно тарелки, расположенные на полотне переливные патрубки и сепарационные элементы, выполненные в виде коаксиально расположенных с кольцевым зазором одной относительно другой обечаек, наружная из которых расположена с зазором относительно полотна тарелки, лопаточный завихритель, установленный на одной из обечаек на входе разделяемых фаз, отличающееся тем, что наружная обечайка закреплена на внутренней, и наружный диаметр внутренней обечайки составляет 0,7 0,95 внутреннего диаметра наружной обечайки.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что лопаточный завихритель расположен во внутренней обечайке в ее нижней части.

3. Устройство по пп.1 и 2, отличающееся тем, что наружная обечайка снабжена не менее чем двумя расположенными на разных уровнях группами рядов просечек с отгибами, направление которых в одной группе противоположно направлению отгибов в другой группе, при этом нижние ряды просечек расположены на уровне среза внутренней обечайки на высоте не более 1/3 высоты сепарационных элементов, а верхний ряд просечек расположен на высоте, составляющей не более 2/3 высоты сепарационных устройств.

4. Устройство по пп.1 3, отличающееся тем, что нижний ряд просечек выполнен с отбортовкой их кромок.

5. Устройство по п.1, отличающееся тем, что лопаточный завихритель расположен в наружной обечайке, в ее верхней части.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6, Рисунок 7