Тарілчаста колона і спосіб масообміну, що здійснюється в ній.
Власники патенту UA 2366483:
Винахід відноситься до тарілчастої колони і способу масообміну, що здійснюється в ній. Тарілчаста колона виконана з тарілками, розташованими на їх нижній стороні двома або більше опорними елементами (2), що утримують тарілки, та опорним кільцем (4) для тарілок на внутрішньому корпусі (1) тарілчастої колони. У колоні завдяки виїмкам в опорному кільці уникають потрійних стиків між внутрішнім корпусом (1) колони, опорним кільцем (4) та опорним елементом (2), які є особливо критичними зонами ініціювання хімічних та фізичних змін речовин, що зумовлюють забруднення тарілчастих колон. Наявність виїмок забезпечує стікання через них рідини без суттєвого погіршення несучої здатності опорного кільця. 2 зв. та 6 з.п. ф-ли, 3 іл.
Даний винахід відноситься до тарілчастої колони і способу масообміну, що здійснюється в ній.
Тарілчасті колони використовують для здійснення безлічі процесів масобміну між рідинами та газами. При цьому рідина переміщається зверху вниз протитечією по відношенню до газової фази. Газ, що пропускається через отвори в тарілках, надходить у рідину, завдяки чому між обома фазами відбувається інтенсивний масообмін. Рідина переміщується далі на відповідну, розташовану нижче тарілку або через спеціальний пристрій для стоку, насамперед колодязь (у разі тарілок з поперечним потоком), або через отвори в тарілці (у разі тарілок з двоконтурним потоком).
Існують тарілки різного конструктивного типу, наприклад сітчасті, ковпачкові або клапанні тарілки.
Тарілки у колонах великого діаметра, як правило, не є монолітними, а складаються з кількох сегментів (плит).
Для забезпеченнямеханічної стабільності тарілок, насамперед при діючій на них у процесі експлуатації тарілчастої колони високому навантаженню рідини, тарілки, відповідно сегменти, з яких вони складаються, утримуються за допомогою горизонтально розташованих на їхній нижній стороні опорних елементів. Подібні опорні елементи часто мають Т-подібну форму.
На внутрішньому корпусі тарілчастої колони, як правило, передбачають опорне кільце для тарілок. Укріплені на опорних елементах сегменти тарілок можуть бути з'єднані один з одним, перш за все звинчені, за допомогою скоб або притискних планок. Опорне кільце у випадку приварюють до корпусу колони.
При будь-яких зазначених вище конструктивних варіантах відсутнє просочування рідини вздовж ліній взаємного з'єднання плит тарілок або з'єднання тарілок з опорними елементами, а також у місцях різьбового з'єднання деталей тарілок, або подібне просочування є лише дуже незначним (тобто йдеться про капілярні зазори). Час перебування рідини в подібних капілярних зазорах багато разів перевищує середній час її перебування на тарілках колони. Внаслідок цього капілярних зазорах протікають процеси полімеризації, коагуляції, спікання або інші небажані фізичні або хімічні зміни деяких речовин. Нерідко капілярні зазори є лише місцями ініціювання зазначених процесів, які надалі продовжуються на самих тарілках.
Для переробки продуктів, здатних викликати забруднення тарілчастих колон або полімеризуватися, наприклад, для переробки акрилової кислоти, у більшості випадків використовують тарілчасті колони, забезпечені переважно сітчастими тарілками або тарілками з двоконтурним потоком.
Умови здійснення технологічнихпроцесів, відповідно до яких у подібних тарілчастих колонах переробляють схильні до полімеризації продукти, як відомо, слід регулювати таким чином, щоб забезпечити максимально пропорційний, не надто тривалий час перебування рідкої фази на окремих тарілках. Разом з тим для зменшення схильності тарілок до забруднення вважають сприятливим повне або часткове виключення зон, що не змочуються рідиною, що містить стабілізатор.
Враховуючи вищевикладене з метою обмеження кола обумовлених забрудненням тарілчастих колон проблем у заявці на патент Німеччини DE-А 19530291 була запропонована тарілка, більша частина опорних елементів якої, переважно всі опорні елементи, гідравлічно щільно з'єднані, переважно зварені один з одним і зі стінками колони з опорним кільцем, насамперед по дискретним елементарним майданчикам, і, крім того, більша частина суміжних плит тарілок і опорних елементів, переважно всі вони, відокремлені один від одного і від стінок колони, відповідно від опорного кільця, зазором, ширина якого становить від 1 до 15 мм, переважно від 1 до 7 мм.
Таким чином, утворенню небажаних зазорів протидіють, по-перше, виконуючи досить великі зазори, що дозволяють уникнути перебігу згаданих вище небажаних процесів, а по-друге, настільки якісно ущільнюючи невеликі ділянки, щоб уникнути утворення зазорів при виправданих технічних витратах. При цьому особливо переважним є виконання зварних з'єднань між деталями, що підлягають з'єднанню на невеликих ділянках, що дозволяє створити переважно гідравлічно щільне з'єднання.
У європейській заявці на патент ЕР-В 0856343 запропоновано інше вирішення проблеми забрудненнятарілчастих колон, згідно з яким в опорному елементі тарілки, насамперед в опорному кільці, передбачені отвори, через які може стікати рідина.
Виходячи з вищевикладеного в основу цього винаходу була покладена задача - запропонувати додаткове вдосконалення тарілок у тарілчастих колонах, що дозволяє завдяки реалізації простих конструктивних заходів забезпечити подальше обмеження обумовлених полімеризацією проблем.
Зазначене завдання вирішується за допомогою тарілчастої колони, тарілки якої утримуються за допомогою розташованих на їх нижній стороні двох або більше опорних елементів і знаходиться на внутрішньому корпусі колони опорного кільця для тарілок, що відрізняється тим, що потрійних стиків між внутрішнім корпусом колони, опорним кільцем і опорним елементом уникають завдяки виїмкам в опорному кільці.
Автори цього винаходу вважають місця стику між опорним елементом, корпусом колони і опорним кільцем особливо критичними зонами ініціювання хімічних та фізичних змін речовин, що зумовлюють забруднення тарілчастих колон.
Завдяки виконанню відповідних виїмок в опорному кільці вдається уникнути наявності потрійних стиків між внутрішнім корпусом колони, опорним кільцем та опорним елементом. При цьому геометричні параметри виїмок не мають вирішального значення, а їх функцією в основному є забезпечення стікання через них рідини без суттєвого погіршення опорної кільця, що несе здатності. Придатна для цього ширина виїмок, як правило, становить понад 1 мм, найчастіше понад 3 мм, переважно понад 5 мм.
Виїмки переважно можуть мати прямокутну форму.
Часто використовують Т-подібні опорні елементи з однією горизонтальною деталлю та однієювертикальні деталі. У цьому випадку горизонтальної деталі опорного елемента також повинна бути виконана виїмка, відповідна зоні виїмок в опорному кільці.
Виїмки горизонтальної деталі опорного елемента можна передбачити переважно по всій ширині опорного кільця.
Однак виїмку в горизонтальній частині Т-подібного опорного елемента можна виконати не по повній ширині опорного кільця. У подібному випадку горизонтальна деталь Т-подібного опорного елемента повинна бути або гідравлічно щільно з'єднана з опорним кільцем, перш за все приварена до нього, або між цими двома елементами конструкції повинен існувати достатній для безперешкодного стікання рідини зазор. Для цього придатні зазори, ширина яких аналогічна вищевказаної ширині виїмок в опорному кільці.
Крім того, в опорному кільці, переважно в місцях, де опорні елементи примикають до опорного кільця, можуть бути передбачені отвори, наприклад отвори круглої форми.
Об'єктом цього винаходу є також спосіб масообміну в тарілчастій колоні, тарілки якої утримуються за допомогою розташованих на їх нижній стороні двох або більше опорних елементів і знаходиться на внутрішньому корпусі колони опорного кільця для тарілок, який відрізняється тим, що потрійних стиків між внутрішнім корпусом колони, опорним кільцем і опорним елементом уникають завдяки виїмкам в опорному кільці. Мова при цьому йде насамперед про процеси дистиляції, відгін легких фракцій та абсорбції.
Спосіб особливо придатний для переробки (мет)акрилової кислоти та її складних ефірів.
Нижче винахід більш докладно розглянуто з посиланням на креслення, що додаються до опису, на яких показано:
на фіг.1 - частковий розріз у горизонтальнійплощини для одного з варіантів конструктивного виконання пропонованої у винаході тарілчастої колони,
на фіг.2 - частковий розріз Т-подібного опорного елемента у вертикальній площині, та
на фіз. 3 - інший частковий розріз Т-подібного опорного елемента у вертикальній площині, яка на 90° повернена щодо площини на фіг.2.
На фіг.1 показаний горизонтальний частковий розріз тарілчастої колони з внутрішнім корпусом 1, Т-подібним опорним елементом з вертикальною деталлю 2 і горизонтальною деталлю 3 і опорним кільцем 4, в якому в зоні стику деталей 2, 3 з внутрішнім корпусом 1 передбачена виїмка 5 У показаному на фіг.1 кращому варіанті конструктивного виконання в зоні примикання деталей 2, 3 Т-подібного опорного елемента до опорного кільця 4 додатково передбачені отвори 6.
Як випливає з розгляду показаного на фіг.2 вертикального розрізу, опорний елемент зоні опорного кільця 4 складається тільки з вертикальної деталі 2.
Як випливає з розгляду іншого показаного на фіг.3 вертикального розрізу, площина якого порівняно з фіг.2 повернута на 90°, горизонтальна деталь 3 опорного елемента забезпечена виїмкою, тобто в зоні змикання внутрішнього корпусу 1 опорного кільця 4 і опорного елемента останній також складається лише з вертикальної деталі 2.
1. Тарілкова колона з тарілками, розташованими на їх нижній стороні двома або більше опорними елементами, що утримують тарілки, і опорним кільцем для тарілок на внутрішньому корпусі тарілчастої колони, що відрізняється тим, що потрійних стиків між внутрішнім корпусом колони, опорним кільцем і опорним елементом виїмкам в опорному кільці.
2. Тарілчаста колона за п.1, що відрізняється тим, що опорний елементмає Т-подібну форму з однією горизонтальною і однією вертикальною деталлю, причому горизонтальна деталь в зоні виїмок опорного кільця також забезпечена виїмкою.
3. Тарілчаста колона по п.2, що відрізняється тим, що виїмки горизонтальної деталі опорних елементів виконані по всій ширині опорного кільця.
4. Тарілчаста колона по п.1, відрізняється тим, що в опорному кільці, переважно в тих місцях, де опорні елементи примикають до опорного кільця, передбачені отвори.
5. Тарілчаста колона по одному з пп.1-4, що відрізняється тим, що виїмки в опорному кільці мають прямокутну форму.
6. Спосіб масообміну в тарілчастій колоні, тарілки якої утримуються за допомогою розташованих на їх нижній стороні двох або більше опорних елементів і знаходиться на внутрішньому корпусі колони опорного кільця для тарілок, який відрізняється тим, що потрійних стиків між внутрішнім корпусом колони, опорним кільцем і опорним елементом уникають завдяки виїмкам в опорному кільці.
7. Спосіб за п.6, який відрізняється тим, що під ним мають на увазі дистиляцію, відгін легких фракцій і абсорбцію.
8. Спосіб за п. 6 або 7, який відрізняється тим, що його використовують для переробки (мет)акрилової кислоти та її складних ефірів.