ЦЕПНОЙ КАПЛЕОТДЕЛИТЕЛЬ ДЛЯ МАССООБМЕННЫХ КОЛОНН
CONTINUOUS DROP TRAP FOR MASS-TRANSFER COLUMNS

Область техники, к которой относится изобретение
Устройство предназначено для отделения газовой (паровой) фазы от захваченных капель жидкости в колонных массообменных газожидкостных аппаратах.
Уровень техники
Для отделения (сепарации) потока газа (пара) от капель широко применяются кольца Рашига внавал, слоем устанавливаемые на решетке в верхней части аппарата [1, 2]. Общим с предлагаемой конструкцией является кольцевидная форма элементов и наличие решетки. Недостатком является очень большое гидравлическое сопротивление, создаваемое кольцами Рашига.
В качестве каплеотделителя используется также сеточная насадка, предназначенная для сепарации (отделения) газа (пара) от капель [3]. Она представляет собой рукава сетки, свернутые в рулон.
Общим с предлагаемой конструкцией является наличие в структуре сетки замкнутых элементов, расположенных вертикально.
Недостатки сеточной насадки: затрудненное стекание жидкости по насадке вниз, а также эффект «губки», когда насадка начинает аккумулировать и не выпускать жидкость, что влияет на эффективность отделения, а также создает большое сопротивление (в случае накопления жидкости).
В качестве прототипа выбрано изобретение, раскрытое в RU 2035991 C1, 27.05.1995, из которого известен каплеотделитель для массообменных колонн, включающий замкнутые элементы, причем замкнутые элементы представляют собой кольца одинакового размера, собранные в цепи одинаковой длины. Общим с предлагаемой конструкцией является наличие замкнутых элементов (колец), собранных в цепи.
Недостатком прототипа является повышенный каплеунос потоком газа и повышенный повторный каплеунос.
Раскрытие изобретения
Задачей изобретения является создание нового высокоэффективного не создающего большого гидравлического сопротивления каплеотделителя для отделения газа (пара) от захваченных капель жидкости в колонных массообменных газожидкостных аппаратах.
Техническим результатом изобретения является снижение каплеуноса потоком газа (пара), повышение производительности установки за счет уменьшения гидравлического сопротивления.
Устранение указанных недостатков и достижение заявляемого технического результата от реализации цепного каплеотделителя для массообменных колонн, содержащего цепи из замкнутых элементов (колец), обеспечивается за счет того, что кольца разного размера собраны в цепи разной длины (2 - короткие цепи, 3 - длинные цепи), цепи подвешены к решетке (1) (фиг.1). Используются цепи двух видов - длинные и короткие. Размер кольца длинной цепи увеличивается книзу цепи так, как показано на фиг.1. Нижнее кольцо цепи - самое большое в диаметре. Второе кольцо, считая от нижнего конца цепи, имеет диаметр в 1,5-2 раза меньше диаметра нижнего кольца. Третье кольцо, считая от нижнего кольца цепи, имеет диаметр в 1,5-2 раза меньше диаметра второго кольца. Все последующие кольца имеют одинаковый диаметр, равный диаметру третьего кольца, считая от нижнего конца цепи. Короткие цепи в 1,2 раза короче длинных цепей и состоят из разных по диаметру колец. Диаметр нижнего кольца короткой цепи равен диаметру нижнего кольца длинной цепи. Второе кольцо короткой цепи, считая от нижнего конца короткой цепи, имеет диметр в 1,5-2 раза меньше диаметра нижнего кольца короткой цепи. Все остальные кольца - одного диаметра, который в 1,5-2 раза меньше диаметра второго кольца. Указанное соотношение размеров колец и длин цепей позволяет оптимально расположить цепи по сечению колонны, обеспечить эффективное отделение газа от капель жидкости и снизить каплеунос потоком газа (пара). Длинные и короткие цепи расположены в поперечном сечении колонны в шахматном порядке, причем соотношение числа длинных цепей к числу коротких цепей 1:1, то есть 50% длинных цепей и 50% коротких. Длина длинной цепи равна расстоянию между решеткой 1 (фиг.1) и верхним распределительным устройством жидкости 5. Число длинных цепей в продольном осевом сечении колонны (показанном на фиг.1) определяется из условия: n=D/d, где D - внутренний диаметр колонны, м; d - диаметр нижнего звена длинной цепи; n - число длинных цепей в продольном осевом сечении колонны. Диаметр нижнего кольца длинной цепи выбирается из диапазона 0,02-0,06 м. Диаметр нижнего кольца длинной цепи выбирается из указанного диапазона в зависимости от нагрузки колонны по газу (пару), величины брызгоуноса и свойств газа (пара) и жидкости.
Для предотвращения повторного уноса концы длинных цепей 3 касаются верхнего распределительного устройства жидкости. В этом случае струя жидкости, стекающая с цепи, попадает сразу на верхнее распределительное устройство жидкости. На фиг.1 стенки колонны обозначены 4, верхнее распределительное устройство жидкости обозначено 5. Верхнее распределительное устройство состоит из труб с отверстиями для прохода жидкости. Жидкость поступает в верхнее распределительное устройство жидкости и выходит из него через отверстия в виде множества струй. Верхнее распределительное устройство 5 предназначено для равномерного распределения жидкости по сечению аппарата.
Краткое описание чертежей
Фиг.1. Цепной каплеотделитель для массообменных колонн. На фиг.1 приведена схема цепного каплеотделителя для массообменных колонн.
Отличительной особенностью заявляемого изобретения является то, что цепи выполнены разной длины, причем кольца, составляющие цепи, имеют разный диаметр, увеличивающийся книзу цепи, и концы длинных цепей касаются верхнего распределительного устройства жидкости.
Цепной каплеотделитель располагают в верхней части колонных массообменных газожидкостных аппаратов (абсорберов, десорберов, ректификационных колонн). Принцип действия устройства заключается в том, что при прохождении потока газа (пара) через цепной каплеотделитель направление движения газа непрерывно изменяется вследствие кривизны каналов, образованных цепями. Вследствие инерционных сил капли оседают на поверхности цепей и стекают пленкой по звеньям цепей вниз. Цепи имеют разную длину. Крупные низко расположенные кольца предназначены для улавливания самых крупных капель жидкости. Мелкие кольца, расположенные на более высоком уровне, улавливают мелкие капли. Это позволяет снизить каплеунос потоком газа (пара). Для предотвращения повторного уноса концы длинных цепей касаются верхнего распределительного устройства жидкости.
Цепной каплеотделитель имеет высокий свободный объем (до 0,93), что позволяет снизить гидравлическое сопротивление и увеличить производительность.
Сопоставительный анализ прототипа и заявляемого устройства показывает, что его отличительной особенностью является то, что кольца имеют разный размер, собраны в цепи разной длины, которые подвешены вертикально к решетке, причем концы длинных цепей соприкасаются с верхним распределительным устройством жидкости.
Осуществление изобретения
2
3
Экспериментальные исследования на лабораторной установке показали, что цепной каплеотделитель обладает в 7-8 раз меньшим гидравлическим сопротивлением, чем кольца Рашига и большей удельной поверхностью (до 500 м/м).
Данное устройство обладает малым гидравлическим сопротивлением за счет того, что жидкость не задерживается на звеньях, а свободно стекает вниз. Это позволяет увеличить производительность установки за счет снижения гидравлического сопротивления. Цепной каплеотделитель позволяет снизить каплеунос (или унос жидкости) из аппарата потоком газа (пара).
Литература
1. Касаткин А.Г. Основные процессы и аппараты химической технологии. - М.: 1973, 754 с.
2. Дытнерский Ю.И. Основные процессы и аппараты химической технологии. Пособие по проектированию. Москва, Химия, 1983 г., с.272.
3. Интернет-сайт: www.metaprom.ru.