Тарельчатая колонна и способ осуществляемого в ней массообмена

Настоящее изобретение относится к тарельчатой колонне и способу осуществляемого в ней массообмена.

Тарельчатые колонны используют для осуществления множества процессов массобмена между жидкостями и газами. При этом жидкость перемещается сверху вниз противотоком по отношению к газовой фазе. Пропускаемый через отверстия в тарелках газ поступает в жидкость, благодаря чему между обеими фазами происходит интенсивный массообмен. Жидкость перемещается далее на соответствующую, расположенную ниже тарелку либо через специальное устройство для стока, прежде всего колодец (в случае тарелок с поперечным потоком), либо через отверстия в тарелке (в случае тарелок с двухконтурным потоком).

Существуют тарелки самого разного конструктивного типа, например сетчатые, колпачковые или клапанные тарелки.

Тарелки в колоннах большого диаметра, как правило, не являются монолитными, а состоят из нескольких сегментов (плит).

Для обеспечения механической стабильности тарелок, прежде всего при действующей на них в процессе эксплуатации тарельчатой колонны высокой нагрузке жидкости, тарелки, соответственно сегменты, из которых они состоят, удерживаются с помощью горизонтально расположенных на их нижней стороне опорных элементов. Подобные опорные элементы часто обладают Т-образной формой.

На внутреннем корпусе тарельчатой колонны, как правило, предусматривают опорное кольцо для тарелок. Укрепленные на опорных элементах сегменты тарелок могут быть соединены друг с другом, прежде всего свинчены, с помощью скоб или прижимных планок. Опорное кольцо в общем случае приваривают к корпусу колонны.

При любых указанных выше конструктивных вариантах отсутствует просачивание жидкости вдоль линий взаимного соединения плит тарелок или соединения тарелок с опорными элементами, а также в местах резьбового соединения деталей тарелок, или подобное просачивание является лишь весьма незначительным (то есть речь идет о капиллярных зазорах). Время пребывания жидкости в подобных капиллярных зазорах во много раз превышает среднее время ее пребывания на тарелках колонны. Вследствие этого в капиллярных зазорах протекают процессы полимеризации, коагуляции, спекания или прочие нежелательные физические или химические изменения некоторых веществ. Нередко капиллярные зазоры представляют собой лишь места инициирования указанных процессов, которые в дальнейшем продолжаются на самих тарелках.

Для переработки продуктов, способных вызывать загрязнение тарельчатых колонн или полимеризоваться, например для переработки акриловой кислоты, в большинстве случаев используют тарельчатые колонны, снабженные предпочтительно сетчатыми тарелками или тарелками с двухконтурным потоком.

Условия осуществления технологических процессов, в соответствии с которыми в подобных тарельчатых колоннах перерабатывают склонные к полимеризации продукты, как известно, следует регулировать таким образом, чтобы обеспечить максимально соразмерное, не слишком длительное время пребывания жидкой фазы на отдельных тарелках. Вместе с тем для уменьшения склонности тарелок к загрязнению считают благоприятным полное или частичное исключение зон, не смачиваемых содержащей стабилизатор жидкостью.

Учитывая вышеизложенное с целью ограничения круга обусловленных загрязнением тарельчатых колонн проблем в заявке на патент Германии DE-А 19530291 была предложена тарелка, большая часть опорных элементов которой, предпочтительно все опорные элементы, гидравлически плотно соединены, предпочтительно сварены друг с другом и со стенками колонны, соответственно с опорным кольцом, прежде всего по дискретным элементарным площадкам, и, кроме того, большая часть смежных плит тарелок и опорных элементов, предпочтительно все они, отделены друг от друга и от стенок колонны, соответственно от опорного кольца, зазором, ширина которого составляет от 1 до 15 мм, предпочтительно от 1 до 7 мм.

Таким образом, образованию нежелательных зазоров противодействуют, во-первых, выполняя достаточно крупные зазоры, позволяющие избежать протекания упомянутых выше нежелательных процессов, а во-вторых, настолько качественно уплотняя небольшие участки, чтобы можно было избежать образования зазоров при оправданных технических затратах. При этом особенно предпочтительным является выполнение сварных соединений между подлежащими соединению деталями на небольших участках, что позволяет создать преимущественно гидравлически плотное соединение.

В европейской заявке на патент ЕР-В 0856343 предложено иное решение проблемы загрязнения тарельчатых колонн, согласно которому в опорном элементе тарелки, прежде всего в опорном кольце, предусмотрены отверстия, через которые может стекать жидкость.

Исходя из вышеизложенного в основу настоящего изобретения была положена задача - предложить дополнительное усовершенствование тарелок в тарельчатых колоннах, позволяющее благодаря реализации простых конструктивных мероприятий обеспечить дальнейшее ограничение обусловленных полимеризацией проблем.

Указанная задача решается с помощью тарельчатой колонны, тарелки которой удерживаются с помощью расположенных на их нижней стороне двух или более опорных элементов и находящегося на внутреннем корпусе колонны опорного кольца для тарелок, отличающейся тем, что тройных стыков между внутренним корпусом колонны, опорным кольцом и опорным элементом избегают благодаря выемкам в опорном кольце.

Авторы настоящего изобретения считают места стыка между опорным элементом, корпусом колонны и опорным кольцом особенно критическими зонами инициирования химических и физических изменений веществ, обусловливающих загрязнение тарельчатых колонн.

Благодаря выполнению соответствующих выемок в опорном кольце удается избежать наличия тройных стыков между внутренним корпусом колонны, опорным кольцом и опорным элементом. При этом геометрические параметры выемок не имеют решающего значения, а их функцией в основном является обеспечение стекания через них жидкости без существенного ухудшения несущей способности опорного кольца. Пригодная для этого ширина выемок, как правило, составляет более 1 мм, чаще всего более 3 мм, предпочтительно более 5 мм.

Выемки предпочтительно могут обладать прямоугольной формой.

Часто используют Т-образные опорные элементы с одной горизонтальной деталью и одной вертикальной деталью. В этом случае в горизонтальной детали опорного элемента также должна быть выполнена выемка, соответствующая зоне выемок в опорном кольце.

Выемки в горизонтальной детали опорного элемента можно предусмотреть предпочтительно по всей ширине опорного кольца.

Однако выемку в горизонтальной части Т-образного опорного элемента можно выполнить также не по полной ширине опорного кольца. В подобном случае горизонтальная деталь Т-образного опорного элемента должна быть либо гидравлически плотно соединена с опорным кольцом, прежде всего приварена к нему, либо между двумя этими элементами конструкции должен существовать достаточный для беспрепятственного стекания жидкости зазор. Для этого пригодны зазоры, ширина которых аналогична указанной выше ширине выемок в опорном кольце.

Кроме того, в опорном кольце, предпочтительно в тех местах, где опорные элементы примыкают к опорному кольцу, могут быть предусмотрены отверстия, например отверстия круглой формы.

Объектом настоящего изобретения является также способ массообмена в тарельчатой колонне, тарелки которой удерживаются с помощью расположенных на их нижней стороне двух или более опорных элементов и находящегося на внутреннем корпусе колонны опорного кольца для тарелок, отличающийся тем, что тройных стыков между внутренним корпусом колонны, опорным кольцом и опорным элементом избегают благодаря выемкам в опорном кольце. Речь при этом идет прежде всего о процессах дистилляции, отгонки легких фракций и абсорбции.

Способ особенно пригоден для переработки (мет)акриловой кислоты и/или ее сложных эфиров.

Ниже изобретение более подробно рассмотрено со ссылкой на прилагаемые к описанию чертежи, на которых показано:

на фиг.1 - частичный разрез в горизонтальной плоскости для одного из вариантов конструктивного исполнения предлагаемой в изобретении тарельчатой колонны,

на фиг.2 - частичный разрез Т-образного опорного элемента в вертикальной плоскости, и

на физ. 3 - другой частичный разрез Т-образного опорного элемента в вертикальной плоскости, которая на 90° повернута относительно плоскости на фиг.2.

На фиг.1 показан горизонтальный частичный разрез тарельчатой колонны с внутренним корпусом 1, Т-образным опорным элементом с вертикальной деталью 2 и горизонтальной деталью 3, и опорным кольцом 4, в котором в зоне стыка деталей 2, 3 с внутренним корпусом 1 предусмотрена выемка 5. В показанном на фиг.1 предпочтительном варианте конструктивного исполнения в зоне примыкания деталей 2, 3 Т-образного опорного элемента к опорному кольцу 4 дополнительно предусмотрены отверстия 6.

Как следует из рассмотрения показанного на фиг.2 вертикального разреза, опорный элемент в зоне опорного кольца 4 состоит только из вертикальной детали 2.

Как следует из рассмотрения другого показанного на фиг.3 вертикального разреза, плоскость которого по сравнению с фиг.2 повернута на 90°, горизонтальная деталь 3 опорного элемента снабжена выемкой, то есть в зоне смыкания внутреннего корпуса 1, опорного кольца 4 и опорного элемента последний также состоит только из вертикальной детали 2.

1. Тарельчатая колонна с тарелками, расположенными на их нижней стороне двумя или более опорными элементами, удерживающими тарелки, и опорным кольцом для тарелок на внутреннем корпусе тарельчатой колонны, отличающаяся тем, что тройных стыков между внутренним корпусом колонны, опорным кольцом и опорным элементом избегают благодаря выемкам в опорном кольце.

2. Тарельчатая колонна по п.1, отличающаяся тем, что опорный элемент обладает Т-образной формой с одной горизонтальной и одной вертикальной деталью, причем горизонтальная деталь в зоне выемок опорного кольца также снабжена выемкой.

3. Тарельчатая колонна по п.2, отличающаяся тем, что выемки в горизонтальной детали опорных элементов выполнены по всей ширине опорного кольца.

4. Тарельчатая колонна по п.1, отличающаяся тем, что в опорном кольце, предпочтительно в тех местах, где опорные элементы примыкают к опорному кольцу, предусмотрены отверстия.

5. Тарельчатая колонна по одному из пп.1-4, отличающаяся тем, что выемки в опорном кольце обладают прямоугольной формой.

6. Способ массообмена в тарельчатой колонне, тарелки которой удерживаются с помощью расположенных на их нижней стороне двух или более опорных элементов и находящегося на внутреннем корпусе колонны опорного кольца для тарелок, отличающийся тем, что тройных стыков между внутренним корпусом колонны, опорным кольцом и опорным элементом избегают благодаря выемкам в опорном кольце.

7. Способ по п.6, отличающийся тем, что под ним подразумевают дистилляцию, отгонку легких фракций и абсорбцию.

8. Способ по п.6 или 7, отличающийся тем, что его используют для переработки (мет)акриловой кислоты и/или ее сложных эфиров.