КОЛОННА РЕКТИФИКАЦИОННАЯ С КОЛПАЧКОВЫМИ ТАРЕЛКАМИ
RECTIFIER TOWER WITH BUBBLE-CAP TRAYS

Изобретение относится к массообменному оборудованию в области переработки углеводородного сырья, химических и пищевых продуктов, в частности к устройствам для ректификации, абсорбции нефтепродуктов, химических и пищевых продуктов путем разделения продуктов по температурам кипения в процессе массообмена между жидкостью и паром (газом), и может найти применение в нефтеперерабатывающей, химической, нефтехимической, газовой, пищевой промышленности.
Известны ректификационные колонны с колпачковыми тарелками, используемые для осуществления массообменных процессов для систем «жидкость-пар», описанные в книгах: А.Г. Касаткин, «Основные процессы технической технологии», М. Химия, 1971, c.452. [1], Д.А. Баранов, A.M. Кутепов «Процессы и аппараты», М Академия 2005, с.182, 183 [2].
Эти колонны имеют корпус, массообменные многоколпачковые тарелки с паровыми патрубками, колпачками с зубчатыми краями или арочными прорезями и сливными патрубками.
Упомянутые колонны с колпачками известных конструкций недостаточно эффективны с точки зрения самого массообменного процесса при разделении смеси на жидкую и паровую фазу. Это обусловлено ограниченной суммарной величиной кромок прорезей колпачков, через которые происходит барботирование паров длиной пути смеси и соответственно временем контакта пара с жидкостью. Известные конструкции колпачков не позволяют увеличить суммарную длину упомянутых кромок и время контакта пара с жидкостью, т.е. увеличить время и поверхность межфазового контакта, которая непосредственно зависит от длины кромок, прорезей колпачков, через которые происходит барботирование паровой фракции.
Известна [3] массообменная тарелка с перфорацией в боковых стенках парового колпачка выполнена в виде арочных прорезей выпуклостью наружу с входными отверстиями, направленными под острым углом к вертикали вниз в одну и ту же сторону противоположную расположению сливной трубы на тарелке, и между стенками колонны к стенкам парового колпачка плотно диаметрально установлена вертикальная перегородка доходящая по ширине до противоположной боковой стенки парового колпачка. Эта конструкция колпачка массообменной тарелки с арочными прорезями выпуклостью наружу с острым углом к вертикали вниз предназначена для направления парожидкостного потока, и не увеличения поверхность межфазового контакта (RU 94020203 А1, 27.04.1996).
В ОСТ 26 291-94 «Сосуды и аппараты стальные сварные общие технические условия, М НПО ОБТ 2006 стр.101 [4] описаны тарелки колпачковые, где указано, что колпачки должны изготавливаться по ГОСТ 9634 [5]. В нижней части таких колпачков имеются вертикальные прорези прямоугольной или трапециевидной формы.
Колонна с колпачками по ГОСТ 9634, как наиболее близкая по технической сущности к предлагаемому устройству, принята в качестве прототипа.
Однако, прототип, в котором конструкция его колпачков не позволяет увеличивать длину пути смеси и развивать поверхность фазового контакта, определяемую количеством и формой прорезей и соответственно, повышать эффективность малообменного процесса.
Целью предлагаемого изобретения является исключение указанного недостатка и повышения эффективности работы ректификационной колонны. Поставленная задача решается за счет того, что горизонтальные кромки прорезей колпачков снабжены лопатками, размещенными с наружной стороны колпачков радиально и в горизонтальной плоскости.
В результате такого технического решения парожидкостная смесь, выходя из под колпачка проходит определенный путь под упомянутыми лопатками, находящимися на границе паровой и жидкой сред, барбатирует в жидкость вне колпачка по всему периметру кромок каждой лопатки. Этот периметр лопатки больше длины горизонтальной кромки прорези в прототипе, вследствие чего увеличивается длина пути и поверхность фазового контакта, являющаяся основным фактором повышения эффективности процесса масообмена в ректификационной колонне в целом.
В качестве примера рассмотрим случай, когда длина кромки равна, например 1 см, а лопатка выполнена квадратной с длиной стороны также 1 см. В этом случае три стороны каждой лопатки являются кромками, через которые происходит барбатирование пара, а их общая длина равна 3 см, т.е. в три раза больше, чем длина кромки прорези в прототипе. Одновременно увеличивается длина пути смеси под лопаткой и соответственно время контакта смеси
На фиг.1 схематично изображен продольный разрез колонны;
На фиг.2 - вид А в увеличенном масштабе;
На фиг.3 - поперечный разрез Б-Б колпачка с лопатками.
Предлагаемая ректификационная колонна состоит из корпуса 1, штуцера 2 для входа парожидкостной смеси, штуцера 3 для выхода жидкости (тяжелой фракции) и штуцера 4 - для выхода паров (легкой фракции). Кроме того колонна содержит тарелки 5 с паровыми патрубками 6 и переливными устройствами 7, а также колпачки 8 с вертикальными прорезями 9, снабженными лопатками 10, которые выполнены по ширине прорезей в колпачке и расположены с наружной стороны последних радиально и в горизонтальных плоскости.
Предлагаемая колонна работает следующим образом. Исходная парожидкостная смесь подается в колонну через штуцер 2. Пары через патрубки 6 поступают в полость колпачков 8, вытесняют из них жидкость до верхней кромки прорезей 9 и, соответственно, лопаток 10, после чего паровая смесь, пройдя определенный путь под лопаткой, начинает барботировать в слой жидкости за пределами колпачков 8. Тяжелая фракция конденсируется в этой жидкости и через переливные патрубки 7 поступает на нижележащую тарелку, а пары поступают в вышележащую тарелку через соответствующие паровые патрубки, где процесс разделения продолжается. Поскольку лопатки 10 находятся на границе раздела сред (паровой и жидкой фракций), то парожидкостная смесь проходит под лопатками 10 по удлиненному пути и барботируют в слой жидкости на тарелке по всему периметру лопаток, а поскольку этот периметр значительно превышает суммарную длину горизонтальных кромок прорезей, как это было показано на примере выше, то соответственно увеличивается поверхность фазового контакта время пребывания смеси под лопаткой и повышается эффективность процесса массообмена.