МАССООБМЕННАЯ КОЛОННА

Предлагаемое техническое решение относится к массообменным аппаратам и может найти применение в химической, нефтехимической, пищевой и в других отраслях промышленности, в процессах абсорбции, десорбции, ректификации, при протекании которых целесообразно регулировать температурный режим процесса.
Известна массообменная колонна, содержащая провальные многослойные тарелки переменного свободного сечения, выполненные в форме спирали Архимеда с верхним неподвижным и нижним подвижным слоями, и исполнительный механизм, при этом каждый слой тарелки снабжен буртиками и нижний край буртика неподвижного слоя расположен на уровне нижележащего подвижного слоя (Патент СССР №738631, B01D 3/30, 1980).
Недостатком данной колонны является отсутствие поддержания температурного режима, что снижает эффективность процесса массопереноса.
Известна массотеплообменная тарелка для колонных аппаратов, включающая обечайку с внутренними переливами, контактные элементы, выполненные в виде вертикально установленных пар пластин, каждая из которых образует попеременно открытый газожидкостной канал и замкнутую полость для теплоносителя, жидкостные коллекторы, установленные под пластинами, сепарирующее устройство, расположенное в верхней части контактного элемента, причем жидкостные коллекторы снабжены присоединенными к ним коробами, продольно установленными под каждой полостью для теплоносителя, и короба выполнены с щелями, открытыми в газожидкостные каналы (Патент СССР №571279, B01D 3/28, 1977).
К причинам, препятствующим достижению заданного технического результата, относится то, что в процессе эксплуатации в каналах между пластинами образуется осадок, который приводит к их зарастанию и как следствие снижению устойчивости и эффективности процесса массопереноса.
Известен тепло-массообменный аппарат, содержащий вертикальный цилиндрический корпус с тепловой рубашкой, горизонтальные контактные тарелки с выполненными в них прямоугольными отверстиями и отогнутыми наклонными лопатками, расположенными около отверстий, каркас, теплопередающие трубы, расположенные на тарелках, которые закреплены в каркасе, вибропривод и шток, соединяющий вибропривод с каркасом, при этом отверстия в тарелках выполнены по спирали Архимеда, а теплопередающие трубы выполнены спиральными и расположены эквидистантно отверстиям (Патент СССР №667228, B01J 6/00, 1979).
Недостатком данной конструкции является относительно малая поверхность теплопередачи и дестабилизация работы колонны при колебаниях расхода жидкости, так как не обеспечивается постоянство времени пребывания и устойчивости ее работы, что приводит к снижению эффективности процесса массопереноса.
Известна ректификационная колонна для получения веществ высокой чистоты, содержащая вертикальный цилиндрический корпус, разделенный по высоте перфорированными тарелками на отдельные секции, причем на тарелках установлены цилиндры, в которых размещены теплообменники, соединенные с источником охлаждающей среды каналами, выполненными в тарелках (Патент СССР №456439, B01D 3/32, 1977).
К причинам, препятствующим достижению заданного технического результата, относится постоянное свободное сечение тарелок колонны и возможность загрязнения отверстий в тарелках, что приводит к снижению диапазона устойчивости работы колонны и уменьшению ее производительности.
Наиболее близким техническим решением по совокупности признаков является пенный аппарат для очистки и абсорбции газов с возможностью регулирования режима работы, имеющий горизонтально расположенную двухслойную решетку с верхним подвижным слоем, поворачивающимся вокруг центральной оси, патрубки для входа и выхода газов и подачи и отвода жидкости (Патент СССР №102778, B01D 3/30, G11C 7/06, 1956). Конструкция обеспечивает возможность изменения живого сечения тарелки.
Недостатком данного аппарата является отсутствие поддержания температурного режима, что снижает эффективность процесса массопереноса и уменьшает производительность аппарата.
Задачей является разработка массообменной колонны с высокой устойчивостью работы.
Техническим результатом предлагаемой конструкции массообменной колонны является повышение эффективности процесса массопереноса и, соответственно, повышение производительности колонны.
Поставленный технический результат достигается при использовании массообменной колонны, содержащей горизонтально расположенные тарелки переменного свободного сечения, выполненные из двух перфорированных полотен, штуцера для входа и выхода газовой фазы, подачи и отвода жидкости, при этом полотна каждой тарелки герметично соединены между собой с образованием полой камеры так, что отверстия перфорированных полотен расположены друг под другом и герметично соединены трубками из эластичного материала, а каждая полая камера снабжена патрубками подачи и отвода теплоносителя.
Сущность технического решения заключается в использовании в массообменном аппарате провальных тарелок переменного сечения, которые при этом являются теплообменниками. Возможность подавать теплоноситель в полую камеру, образованную двумя перфорированными полотнами, герметично соединенными по периметру и расположенными так, что отверстия полотен тарелки находятся друг под другом и герметично соединены трубками из эластичного материала, увеличивает поверхность теплопередачи и, как следствие, эффективность массообменных процессов, лимитируемой скоростью подачи тепла в зону контакта фаз. Кроме этого заявленная конструкция позволяет регулировать проходное сечение эластичных трубок путем изменения давления теплоносителя в каждой отдельной локальной герметичной камере, что исключает зарастание отверстий перфорированных полотен и дает возможность ее применения для ректификационной очистки неорганических веществ от примесей.
Возможность коллекторной подачи и отвода теплоносителя через соответствующие патрубки позволяет регулировать подачу теплоносителя на каждую массообменную тарелку в зависимости от оптимального режима ее работы. Таким образом, можно легко сформировать несколько независимых контуров с разными температурными показателями. Причем помимо температурного режима регулируется и скорость прохождения жидкости и газовой фазы в отверстиях за счет изменения давления теплоносителя на отдельной локальной тарелке, что существенно повышает эффективность работы крупногабаритных колонн.
На фиг. 1 представлена массообменная колонна (в разрезе), в которой расположены по высоте массообменные тарелки. На фиг. 2 изображен вид сверху массообменной тарелки в сечении А-А.
Массообменная колонна, содержащая горизонтально расположенные тарелки 1 переменного свободного сечения, выполненные из двух перфорированных полотен 2, герметично соединенных между собой по периметру с образованием полой камеры 3. При этом отверстия 4 перфорированных полотен 2 расположены друг под другом и герметично соединены трубками 5 из эластичного материала. Массообменная колонна, содержит штуцер для входа 6 и штуцер для выхода 7 газовой фазы, штуцер подачи 8 и штуцер отвода 9 жидкости, а каждая полая камера 3 снабжена патрубками подачи 10 и патрубками отвода 11 теплоносителя.
Через патрубки 10 с помощью регулирующих устройств 12 полые камеры 3 соединяются с коллектором 13 для подачи теплоносителя. Через патрубки 11 с помощью регулирующих устройств 14 полые камеры 3 соединяются с коллектором 15 для отвода теплоносителя.
Массообменная колонна работает следующим образом. Жидкость поступает на тарелку 1, взаимодействует с восходящим через трубки 5 потоком газовой фазы. Проваливаясь через те же трубки 5, жидкость стекает на нижележащую тарелку 1. От коллектора 13, посредством регулирующих устройств 12, осуществляется подача теплоносителя через патрубки 10 в герметичные камеры 3, образующие теплообменник. При этом формируются несколько независимых контуров подачи теплоносителя с разными температурными показателями для интенсификации процесса массо- и теплопереноса. Помимо температурного режима регулируется скорость прохождения газовой фазы и жидкости в отверстиях за счет изменения давления теплоносителя на каждой локальной тарелке с помощью регулирующих устройств 12й 14. При увеличении давления теплоносителя в герметичной камере 3, каждая трубка 5, выполненная из эластичного материала, деформируется под действием радиальной силы, что изменяет проходное сечение отверстия тарелки 1, и обеспечивает регулирование локального расхода и скорости прохождения жидкости и газовой фазы.
Обычно скорость газовой фазы на верхних тарелках крупногабаритных колонн значительно отличается от заданного параметра. Ее уменьшение обусловлено гидравлическими сопротивлениями по высоте колонны. Увеличение давления теплоносителя в герметичной камере 3 на верхних тарелках 1 под действием радиальной силы приводит к деформации выполненных из эластичного материала трубок 5, через которые движется газовая фаза. В результате происходит сужение кольцевых отверстий в тарелке 1 и скорость газовой фазы увеличивается.
Таким образом, массообменная колонна с горизонтально расположенными перфорированными тарелками переменного свободного сечения, выполненными в виде герметичной камеры, образованной за счет герметичного соединения перфорированных полотен тарелки и герметичных соединений, расположенных друг под другом отверстий этих полотен посредством трубок из эластичного материала, с возможностью регулирования диаметра отверстий параметрами подачи теплоносителя, обеспечивает повышение эффективности процесса массопереноса и, соответственно, повышение производительности колонны.