Горизонтальная тарелка и колонна для контактирования газа и жидкости

1 Настоящее изобретение относится к горизонтальной тарелке для использования в типовой вертикальной колонне для противоточного контактирования газа и жидкости. Такая колонна содержит корпус с впускным патрубком для газа и впускным патрубком для жидкости, который расположен над впускным патрубком для газа, и выпускным патрубком для газа, расположенным в верхней части колонны, и выпускным патрубком для жидкости, расположенным в нижней части колонны. Горизонтальная тарелка расположена в корпусе между впускным патрубком для газа и впускным патрубком для жидкости. Обычно в процессе работы газ поступает через впускной патрубок для газа, жидкость подается через впускной патрубок для жидкости, и на горизонтальной тарелке газ и жидкость контактируют друг с другом для тепло- и/или массообмена. После контактирования газ, отделенный от жидкости, выводится из колонны через выпускной патрубок для газа, который расположен над горизонтальной тарелкой, а жидкость выводится из колонны через выпускной патрубок для жидкости, который расположен под горизонтальной тарелкой. Такая горизонтальная тарелка известна из патента США 1 070 777. Известная горизонтальная тарелка содержит горизонтальную плиту и вертикальное трубчатое устройство для контактирования и сепарации, при этом устройство для контактирования и сепарации содержит трубу с открытыми торцами, проходящую через отверстие в горизонтальной плите, трубу для подачи жидкости, которая открыта в непосредственной близости от внутренней поверхности трубы с открытыми торцами, средство для осуществления завихрения, расположенное в трубе с открытыми торцами над отверстием трубы для подачи жидкости, и направляющее средство для обеспечения направления жидкости из верхнего конца трубы с открытыми торцами на горизонтальную плиту, при этом горизонтальная тарелка дополнительно содержит трубу для удаления отделенной жидкости. Недостатком известной горизонтальной тарелки является то, что при условии, когда горизонтальная тарелка имеет более одного трубчатого устройства для контактирования и сепарации, каждое устройство для контактирования и сепарации должно быть снабжено трубой для подачи жидкости. В этом случае возникают трудности при подаче жидкости в каждое устройство для контактирования и сепарации таким образом, чтобы жидкость равномерно распределялась по всему устройству для контактирования и сепарации. Задачей настоящего изобретения является создание горизонтальной тарелки, используемой в типичной вертикальной колонне для противоточного контактирования газа и жидкости,в которой жидкость равномерно распределяется 2 по всему устройству для контактирования и разделения. Для решения этой задачи горизонтальная тарелка, согласно настоящему изобретению,используемая в типичной вертикальной колонне для противоточного контактирования газа и жидкости, содержит устройство для нагнетания жидкости, имеющее отверстие для нагнетания жидкости, расположенное в центре трубы с открытыми торцами, при этом труба с открытыми торцами сообщена по жидкости с пространством для подачи жидкости. Из реферата к советскому патенту 1535563 известна горизонтальная тарелка для использования в типичной вертикальной колонне для противоточного контактирования газа и жидкости, которая снабжена вертикальным трубчатым контактным устройством в виде трубы с открытыми торцами, содержащим желоб для подачи жидкости в нижнюю часть контактного устройства и вертикальный лист, опирающийся на желоб. Обычно в процессе работы жидкость подается в желоб, и газ, проходящий вверх через контактное устройство, будет способствовать погружению жидкости таким образом, что на обеих сторонах листа образуются пленки. Следовательно, газо-жидкостное контактирование будет осуществляться не путем диспергирования жидкости в газ, как это происходит в настоящем изобретении, а путем образования пленки жидкости, вдоль которой проходит газ. Более того, в этой публикации не раскрыто, что контактное устройство содержит средство для осуществления завихрения для того, чтобы контактное устройство также могло служить в качестве разделительного устройства,в этой публикации также не раскрыто, что имеется направляющее средство для обеспечения направления жидкости от верхнего торца контактного устройства. Еще одним недостатком известной тарелки является то, что при относительно низких скоростях потока жидкости эффективность контактирования очень незначительна. Одной из причин является то, что отверстие трубы для жидкости находится в непосредственной близости от внутренней поверхности трубы с открытыми торцами, так что жидкость собирается на внутренней поверхности. Следовательно, контактирование жидкости с газом должно происходить в пленке жидкости на внутренней поверхности. Более эффективный способ контактирования достигается, когда жидкость диспергируется в газ, и такая эффективность может частично достигаться в известном устройстве. Для решения поставленной задачи устройство для нагнетания жидкости имеет отверстие для нагнетания жидкости, которое расположено в центре трубы с открытыми торцами, при этом труба с открытыми торцами сообщена по жидкости с трубой для подачи жидкости. 3 Горизонтальная тарелка согласно настоящему изобретению может быть использована для низких параметров течения, даже для параметров течения, которые меньше чем 0,01. Параметр течения определяется как (L/G)(pl/pg)1/2,где L - это скорость течения жидкости, м 3/с, G скорость течения газа, м 3/с, pl - плотность жидкости, кг/м 3 и pg - плотность газа, кг/м 3. Изобретение также относится к типичной вертикальной колонне для противоточного контактирования газа и жидкости, содержащей, по крайней мере, одну горизонтальную тарелку согласно настоящему изобретению, расположенную в колонне между впускным патрубком для газа и впускным патрубком для жидкости. Изобретение, кроме того, относится к типичной вертикальной колонне, снабженной двумя или более горизонтальными тарелками согласно изобретению, в которой труба для подачи жидкости одной горизонтальной тарелки сообщена по жидкости со спускной трубой вышележащей горизонтальной тарелки. Далее изобретение будет описано посредством примеров более подробно со ссылкой на приложенные чертежи, на которых фиг.1 схематически изображает поперечное сечение части типичной вертикальной колонны для противоточного контактирования газа и жидкости,снабженной горизонтальными тарелками согласно изобретению; фиг.2 схематически изображает часть А трубчатого устройства для контактирования и сепарации фиг.1 в увеличенном масштабе по сравнению с масштабом фиг.1. На фиг.1 и 2 показан вид в поперечном сечении части вертикальной колонны 1 для противоточного контактирования газа и жидкости,содержащей корпус 2 и снабженной горизонтальными тарелками 3 и 3'. Верхняя тарелка 3 расположена над нижней горизонтальной тарелкой 3'. Нижняя горизонтальная тарелка 3' является аналогичной верхней горизонтальной тарелке 3, и соответствующие детали нижней тарелки 3 обозначены одинаковыми ссылочными номерами со штрихами. Верхняя горизонтальная тарелка 3 содержит верхнюю плиту 6 и нижнюю горизонтальную плиту 7. Между верхней и нижней горизонтальными плитами 6 и 7 имеется пространство 8 для подвода жидкости. Для подачи жидкости в процессе работы в пространство 8 для подвода жидкости верхняя горизонтальная тарелка снабжена трубой 10 для подачи жидкости, открытой в пространство 8 для подвода жидкости. Верхняя горизонтальная тарелка 3, кроме того, снабжена вертикальным трубчатым устройством 13 для контактирования и сепарации. Это устройство 13 для контактирования и сепарации содержит трубу 15 с открытыми торцами,проходящую через отверстия 18 и 19 в горизонтальных плитах 6 и 7. Устройство 13 для контактирования и сепарации содержит устройство 22 для нагнетания жидкости. Устройство 22 для 4 нагнетания жидкости имеет канал 38 с открытыми торцами с направленным вверх отверстием 39 для нагнетания жидкости, открытым в пространство 8 для подвода жидкости. Отверстие 39 для нагнетания жидкости расположено в центре трубы 38 с открытыми торцами. Устройство 13 для контактирования и сепарации дополнительно содержит средство 30 для осуществления завихрения, расположенное в трубе 15 с открытыми торцами над устройством 22 для нагнетания жидкости, и направляющее средство 31 для обеспечения направления жидкости от верхнего конца трубы 15 с открытыми торцами на верхнюю горизонтальную плиту 6. Направляющее средство 31 содержит наружную трубу 32, имеющую загнутый внутрь верхний конец, при этом наружная труба 32 проходит вокруг трубы 15 с открытыми торцами к расположенной выше верхней горизонтальной плите 6. Верхняя горизонтальная тарелка 3 дополнительно содержит спускную трубу 35 с открытыми торцами, имеющую входное отверстие 37,расположенное над верхней горизонтальной плитой 6, и выходное отверстие, расположенное под нижней горизонтальной плитой 7. В изображенном варианте спускная труба 35 открыта в трубу 10' для подачи жидкости нижней горизонтальной тарелки 3'. Расстояние между верхней горизонтальной плитой 6 и верхним торцем наружной трубы 32 меньше, чем расстояние между верхней горизонтальной плитой 6 и входным отверстием 37 спускной трубы 35. Обычно, в процессе работы жидкость, подаваемая через трубу 10 для подачи жидкости в пространство 8 для подвода жидкости верхней горизонтальной тарелки 3, контактирует на верхней горизонтальной тарелке 3 с газом с нижней горизонтальной тарелки 3', проходящим вверх в нижний конец канала 15 с открытыми торцами. Потоки газа проходят устройство 22 для нагнетания жидкости, и жидкость из устройства 22 для нагнетания жидкости диспергируется в газовые потоки. Смесь жидкости, диспергированной в газ, проходит вверх через трубу 15 с открытыми торцами и приобретает характер завихренного движения, проходя через устройство 30 для осуществления завихрения. Жидкость выводится наружу, и обогащенные жидкостью газовые потоки проходят в непосредственной близости от внутренней поверхности верхних частей трубы 15 с открытыми торцами. Жидкость, отделенная от газового потока, направляется направляющим средством 31 от верхнего конца трубы 15 с открытыми торцами на верхнюю горизонтальную плиту 6. По существу не содержащий жидкости газовый поток проходит вверх к выпускному патрубку для газа (не показан), расположенному в верхнем конце корпуса 2. Жидкость, собранная на верхней горизонтальной плите 6, проходит через спускную трубу 35 и трубу 10' для подачи 5 жидкости в пространство 8' для подвода жидкости под горизонтальной тарелкой 3'. На этой горизонтальной тарелке 3' жидкость контактирует с газом, идущим из-под горизонтальной тарелки 3', при этом процесс контактирования жидкости с газом такой же, как описанный выше. После контактирования жидкость, отделенная от газа, проходит через спускную трубу 35' к следующей нижележащей горизонтальной тарелке (не показана) или выпускному патрубку для жидкости (не показан),расположенному в нижнем конце корпуса 2. Контактирование жидкости с газом происходит, когда жидкость диспергирована в газ. Для дополнительного улучшения дисперсии газа в потоке жидкости непосредственно над отверстием для нагнетания жидкости 39 расположен дефлектор 40 (см. фиг. 2). Таким дефлектором 40 является пластина, которая имеет диаметр, составляющий до около 0,5 внутреннего диаметра трубы 15 с открытыми торцами, она также может иметь диаметр в пределах от 0,1 до 0,5 внутреннего диаметра трубы 15 с открытыми торцами. Для обеспечения возможности работы колонны 1 при очень низких скоростях течения жидкости можно рециркулировать жидкость,собранную на верхней горизонтальной плите. С этой целью в верхней горизонтальной плите выполнено рециркуляционное отверстие. Для иллюстрации этого варианта одно рециркуляционное отверстие 42 показано в верхней плите 6' нижней горизонтальной тарелки 3', однако в верхней плите может быть выполнено и более одного отверстия. Количество и размеры рециркуляционных отверстий соответственно выбирают таким образом, чтобы масс-потоковая скорость через рециркуляционные отверстия могла быть в пять раз больше, чем масспотоковая скорость через спускную трубу 35'. В варианте, изображенном на чертеже, направляющие средства 31 и 31' для обеспечения направления жидкости из верхних концов труб 15 и 15' с открытыми торцами имеют наружные трубы 32 и 32'. Каждое направляющее средство 31 и 31' соответственно дополнительно содержит выпускной патрубок для газа в форме химического стакана, расположенный в верхнем конце наружной трубы. Для иллюстрации этого варианта в направляющем средстве 31', относящемся к устройству 13' для контактирования и сепарации самой нижней горизонтальной тарелки 3', показан такой выпускной патрубок для газа 44, выполненный в виде химического стакана. В варианте, изображенном на фиг.1, спускная труба 35 с открытыми торцами проходит в трубу 10' для подачи жидкости нижней горизонтальной тарелки 3'. В альтернативной конструкции (не показана) труба для подачи жидкости имеет диаметр, больший чем диаметр спускной трубы, и спускная труба проходит в трубу для 6 подачи жидкости через открытый торец последней. По крайней мере, часть кольцевого зазора между трубой для подачи жидкости и спускной трубой затем заполняется жидкостью, которая создает уплотнение. Изобретение далее иллюстрируется посредством последующего примера. Для определения теплопередачи между жидкостью и газом использовали одну горизонтальную тарелку. Эта тарелка была снабжена трубчатым устройством для контактирования и сепарации, содержащим трубу с открытыми торцами, имеющую внутренний диаметр 110 мм. Проводились испытания с тремя различными устройствами для нагнетания жидкости: (1) устройство для нагнетания жидкости, имеющее отверстие на внутренней поверхности трубы с открытыми торцами (не в соответствии с изображением); и (2) устройства для нагнетания жидкости в соответствии с фиг.1 и 2, в которых диаметр направленного вверх отверстия составлял 17 мм, диаметр дефлектора составлял 35 мм,и высота дефлектора над отверстием составляла 20 мм. Устройства для нагнетания жидкости были обозначены как LDD1 и LDD2, (т.е. устройства для нагнетания жидкости). В экспериментах осуществляли контактирование воды и воздуха, при этом температура воды составляла 20 С, и параметр течения ,коэффициент нагрузкии температуры газа приведены в таблице ниже. Параметр течения определен в настоящем описании выше, коэффициент нагрузки определяется формулой(Vg)(рg/р)1/2, где Vg - является скоростью газа в трубе с открытыми торцами, м/с, pg - является плотностью газа, кг/м 3 и р является разностью между pl и pg, при этом pl является плотностью жидкости, кг/м 3. Tgin является температурой газа на входе, Tgout является температурой газа на выходе и Тg является разностью между двумя температурами. Таблица Результаты испытаний трех устройств для нагнетания жидкости. Из результатов, приведенных в таблице,можно сделать вывод, что, по существу, при тех же самых условиях Tg, достигнутое с устройством для нагнетания жидкости, не соответствующим изобретению (LDD1), меньше, чем Тg,достигнутое с устройством для нагнетания жидкости согласно изобретению (LDD2). При большем Tg передается большее количество тепла,и результаты показали преимущественный эф 7 фект от использования горизонтальной тарелки в соответствии с изобретением. Горизонтальная тарелка в соответствии с изобретением может быть использована в колонне для сушки природного газа, в которой природный газ контактирует в противотоке с растворителем для водяных паров, например гликолем. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ 1. Горизонтальная тарелка (3) для использования в типичной вертикальной колонне (1) для противоточного контактирования газа и жидкости, содержащая верхнюю горизонтальную плиту (6), нижнюю горизонтальную плиту(7), пространство (8) для подвода жидкости,ограниченное плитами (6, 7), трубу (10) для подачи жидкости, открытую в пространство (8) для подвода жидкости, и вертикальное устройство (13) для контактирования и сепарации, при этом устройство (13) для контактирования и сепарации содержит трубу (15) с открытыми торцами, проходящую через отверстия (18, 19) в горизонтальных плитах (6, 7), устройство (22) для нагнетания жидкости, содержащее направленное вверх отверстие (39) для нагнетания жидкости, которое сообщено по жидкости с пространством (8) для подвода жидкости, средство (30) для осуществления завихрения, расположенное в трубе (15) с открытыми торцами над устройством (22) для нагнетания жидкости, и направляющее средство (31) для обеспечения направления жидкости от верхнего торца трубы(15) с открытыми торцами на верхнюю горизонтальную плиту (6), при этом горизонтальная тарелка (3) дополнительно содержит спускную трубу (35) с открытыми торцами, имеющую входное отверстие (37), расположенное над верхней горизонтальной плитой (6), и выходное отверстие, расположенное под нижней горизонтальной плитой (7), отличающаяся тем, что устройство (22) для нагнетания жидкости содержит отверстие (39) для нагнетания жидкости, которое расположено в центре трубы (38) с открытыми торцами, при этом труба (38) с открытыми торцами сообщена по жидкости с пространством (8) для подвода жидкости. 2. Горизонтальная тарелка по п.1, отличающаяся тем, что вертикальное трубчатое устройство (13) для контактирования и сепарации 8 дополнительно содержит дефлектор (40), расположенный непосредственно над отверстием (39) для нагнетания жидкости. 3. Горизонтальная тарелка по п.2, отличающаяся тем, что дефлектор (40) выполнен в виде пластины, имеющей диаметр, составляющий до 0,5 внутреннего диаметра трубы (15) с открытыми торцами. 4. Горизонтальная тарелка по любому из пп.1-3, отличающаяся тем, что верхняя горизонтальная плита (6') имеет рециркуляционное отверстие (42). 5. Горизонтальная тарелка по любому из пп.1-4, отличающаяся тем, что направляющее средство (31) для обеспечения направления жидкости от верхнего торца трубы (15) с открытыми торцами содержит наружную трубу (32),имеющую загнутый внутрь верхний конец, при этом наружная труба (32) проходит вокруг трубы (15) с открытыми торцами к вышележащей горизонтальной плите (6). 6. Горизонтальная тарелка по п.5, отличающаяся тем, что расстояние между верхней горизонтальной плитой (6) и нижним торцом наружной трубы (32) меньше, чем расстояние между верхней горизонтальной плитой (6) и впускным отверстием спускной трубы (35). 7. Горизонтальная тарелка по любому из пп.5 и 6, отличающаяся тем, что направляющее средство (31) для обеспечения направления жидкости от верхнего торца трубы (15) с открытыми торцами дополнительно содержит выпускной патрубок для газа, выполненный в форме химического стакана (44), расположенный в верхнем конце наружной трубы (32). 8. Вертикальная колонна для противоточного контактирования газа и жидкости, содержащая, по крайней мере, одну горизонтальную тарелку, отличающаяся тем, что тарелка выполнена по любому из пп.1-7 и расположена в колонне между впускным патрубком для газа и впускным патрубком для жидкости. 9. Вертикальная колонна по п.8, снабженная двумя или более горизонтальными тарелками, отличающаяся тем, что труба (10') для подачи жидкости одной горизонтальной тарелки (3') сообщена по жидкости со спускной трубой (35) вышележащей горизонтальной тарелки (3).