Комбинированный жидкостный коллектор-смеситель для массообменной колонны - RU2330704C2

Чертежи

Показать все 18 чертежа(ей)

Описание

Настоящее изобретение относится, в основном, к массообменным колоннам и способам сбора и смешивания стекающей вниз жидкости для более однородного распределения на нижнем слое насадки или к другим устройствам, применяемым в таких колоннах.

Массообменные колонны, включая теплообменные колонны, обычно содержат вертикальный корпус и несколько зон внутри этого корпуса, в которых применяются насадка и/или горизонтально расположенные тарелки, служащие для уменьшения массообмена и теплообмена между потоками текучих сред, протекающими внутри колонны. Потоки текучих сред обычно представляют собой один или несколько стекающих вниз потоков жидкости, а также один или несколько потоков пара, проходящих снизу вверх, хотя при этом возможны и другие сочетания потоков. Жидкость, поступающая из нижней части одной зоны, может иметь различную концентрацию и различный состав в различных местах по горизонтальному сечению зоны. Для уменьшения этих концентраций и изменения состава часто производят сбор и смешивание жидкости до того, как осуществится распределение жидкости для нижней зоны. Отдельные элементы часто применяют для осуществления необходимого сбора, смешивания и распределения жидкости по мере того, как она стекает вниз от одной зоны в другую. Использование отдельных элементов, однако, может быть нежелательно вследствие того, что вертикальное пространство, занимаемое этими элементами, уменьшает имеющуюся площадь внутри колонны для других видов обработки потоков жидкости, и может потребовать использования более высокой колонны с целью обеспечения пространства, которое необходимо для проведения необходимых операций обработки.

Известен комбинированный коллектор со смесителем, который применяется в колоннах вышеописанного типа для уменьшения количества элементов и вертикального пространства, требуемого для сбора и смешивания жидкости, поступающей из зоны внутри колонны. В этом комбинированном коллекторе со смесителем применяется несколько рядов выступающих вверх направляющих устройств, с помощью которых осуществляется сбор стекающей вниз жидкости и подача этой жидкости в сборники с последующей подачей жидкости в центральный сливной стакан. Хотя это устройство является эффективным смесителем благодаря тому, что вся собранная жидкость поступает в один сливной стакан, оно не может иметь широкое применение в тех случаях, когда вследствие высокого расхода жидкости и/или большого диаметра колонны требуется применение двух или нескольких сливных стаканов. В этих случаях жидкость, которая подается из одной части коллектора в один сливной стакан, может иметь состав, который отличается от состава жидкости, поступающей из остальной части коллектора в сливной стакан. Вследствие этого возникла необходимость в создании такого комбинированного коллектора со смесителем, который позволил бы осуществлять не только обработку при высоких расходах жидкости с использованием двух или нескольких сливных стаканов, но и также производить эффективное смешивание жидкости, поступающей из различных частей коллектора, таким образом, чтобы жидкость, поступающая в сливные стаканы, имела бы, в основном, однородный состав.

КРАТКОЕ ИЗЛОЖЕНИЕ СУЩНОСТИ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Одним из аспектов настоящего изобретения является создание жидкостного коллектора, который позволяет осуществлять смешивание жидкости, собираемой из верхней зоны массообменной колонны, перед тем, как собранная жидкость попадает в нижнюю зону. Употребляемый в контексте настоящего описания изобретения термин «массообменная колонна» относится к таким колоннам, в которых происходит только теплообмен. Жидкостный коллектор содержит, по меньшей мере, первый и второй сборники, одним из которых может быть кольцевой сборник, а другой сборник или оба этих сборника могут быть хордальными сборниками («хордальный» - расположенный по хорде). Сборники разделяют коллектор на две области или большее количество областей сбора жидкости, каждая из которых содержит первую группу каналов для сбора жидкости, находящихся на расстоянии друг от друга, и отдельно расположенную вторую группу каналов для сбора жидкости, находящихся на расстоянии друг от друга. В областях сбора жидкости расположено множество выступающих вверх отклоняющих устройств, поверхности которых служат для направления стекающей жидкости в каналы сбора жидкости. В каналах сбора жидкости имеются сливные отверстия, которые позволяют осуществить избирательный слив жидкости из первой группы каналов в первый сборник и жидкости из второй группы каналов во второй сборник. Избирательно направленный поток жидкости из каналов, служащих для сбора жидкости, может быть достигнут различными способами, такими как частичная или полная блокировка потока жидкости с одного конца первой группы каналов, служащих для сбора жидкости, и частичная или полная блокировка потока жидкости с противоположного конца второй группы каналов, служащих для сбора жидкости, а также путем отклонения каналов, служащих для сбора жидкости, вниз, в необходимом направлении, и путем совмещения сливных отверстий с различными сборниками. Первая и вторая группы каналов, служащих для сбора жидкости, преимущественно осуществляют подачу, в основном, равного количества жидкости из каждой области сбора жидкости в первый и второй сборники. В этом случае жидкость в первом сборнике будет преимущественно иметь, в основном, такую же консистенцию и состав, как и жидкость во втором сборнике. Одно отверстие или большее количество отверстий, например таких отверстий, как впускное отверстие сливного стакана, предусмотрены, по крайней мере, в одном из сборников для того, чтобы можно было осуществить подачу жидкости из сборника в нижнюю зону колонны.

Согласно одному варианту осуществления настоящего изобретения один из сборников коллектора представляет собой кольцевой сборник, а другой сборник представляет собой хордальный сборник. Согласно другим вариантам осуществления настоящего изобретения два хордальных сборника или большее количество хордальных сборников применяются вместе с кольцевым сборником или без кольцевого сборника. Согласно другим вариантам осуществления настоящего изобретения области сбора жидкости являются полусферическими и могут дополнительно включать в себя одну или несколько центральных областей. Согласно другим вариантам осуществления настоящего изобретения области сбора жидкости представляют собой квадранты в виде секторов. Может быть также применено более двух групп каналов, служащих для сбора жидкости.

Согласно предпочтительному варианту осуществления настоящего изобретения в коллекторе применяются два хордальных сборника, которые находятся на расстоянии друг от друга, а также кольцевой сборник. Хордальные сборники разделяют коллектор на три области: две полусферические области сбора жидкости приблизительно равной площади и центральную область сбора жидкости, площадь которой приблизительно в два раза больше площади каждой из полусферическим областей. Оба хордальных сборника включают в себя впускное отверстие сливного стакана для слива жидкости в сливной стакан с целью подачи ее в нижний распределитель жидкости. Устройства ограничения потока располагаются вдоль сборников таким образом, чтобы часть жидкости в каждой полусферической области пропускалась мимо близлежащего сборника и подавалась в сборник, расположенный на некотором удалении. Согласно предпочтительному варианту собранная жидкость в каждой области сбора жидкости подается приблизительно в равных количествах в оба хордальных сборника таким образом, чтобы смешанная жидкость в одном хордальном сборнике имела, в основном, такую же самую концентрацию и состав, как и смешанная жидкость в другом хордальном сборнике. Таким образом, с помощью коллектора может осуществляться подача двух потоков или большего количества потоков более однородной концентрации и состава в нижнюю зону даже в том случае, если жидкость, поступающая в коллектор из верхней зоны, имеет состав, изменяющийся по сечению колонны. Количество жидкости может быть одинаковым в двух потоках или в большем количестве потоков жидкости или же в одном или нескольких потоках жидкости может быть большее количество жидкости, чем в других потоках жидкости. Согласно предпочтительному варианту в промежутках между близлежащими каналами, которые служат для сбора жидкости, образованы каналы для потоков пара, проходящих снизу вверх, для того, чтобы пар мог проходить снизу верх через коллектор, образуя тем самым противоток по отношению к стекающей вниз жидкости.

Согласно другому аспекту настоящее изобретение относится к способу применения вышеописанного коллектора для сбора жидкости из верхней зоны в массообменной колонне и смешивания этой жидкости с целью получения одного или нескольких потоков жидкости с более однородным составом. Затем потоки жидкости подаются в нижнюю зону для дальнейшей обработки в колонне. Способ заключается в сборе стекающей вниз жидкости в нескольких каналах, расположенных в двух областях или в большом количестве областей коллектора, служащих для сбора жидкости. Каналы в каждой области сбора жидкости размещены с распределением этих каналов по группам: две группы или большее количество групп. Одна группа каналов служит для избирательной подачи собранной жидкости в один сборник, а другая группа каналов служит для избирательной подачи собранной жидкости в другой сборник. Первая и вторая группы каналов преимущественно осуществляют подачу приблизительно равного количества жидкости в оба сборника. Затем жидкость из сборников подается в нижнюю зону в колонне, где может происходить дальнейшая обработка.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

Сущность изобретения поясняется прилагаемыми чертежами, которые являются частью описания изобретения и должны истолковываться применительно к этому описанию и в которых одни и те же ссылочные номера используются для обозначения одних и тех же деталей и узлов в различных проекциях на нижеследующих чертежах, на которых изображены:

на Фиг.1 - колонна, вид сверху в горизонтальном поперечном разрезе, на котором показан коллектор, изготовленный согласно настоящему изобретению; коллектор показан схематически с использованием стрелок, которые указывают направление потока жидкости в коллекторе;

на Фиг.2 - местный вид сверху в увеличенном масштабе коллектора, показанного на Фиг.1;

на Фиг.3 - коллектор, местный вид сбоку в вертикальном разрезе по линии А-А Фиг.2;

на Фиг.4А - коллектор, местный вид сбоку в вертикальном разрезе в пределах участка, обозначенного номером 4А на Фиг.3, в более увеличенном масштабе;

на Фиг.4В - изображение в аксонометрии группы направляющих устройств коллектора согласно варианту осуществления настоящего изобретения;

на Фиг.5 - коллектор, местный увеличенный вид с торца в вертикальном разрезе по линии В-В Фиг.2, с более подробным изображением хордального сборника;

на Фиг.6 - коллектор, местный увеличенный вид с торца в вертикальном разрезе по линии С-С Фиг.2, с изображением сливного стакана, простирающегося между хордальным сборником и разделительной коробкой нижнего распределителя;

на Фиг.7 - местный вид сверху в увеличенном масштабе коллектора, показанного на Фиг.2, с изображением хордального сборника и сливного стакана;

на Фиг.8 - сливная трубка, применяемая вместе с коллектором, вид сбоку в вертикальном разрезе;

на Фиг.9 - коллектор, вид сверху без центральных частей для показа потока жидкости, протекающего по кольцевому сборнику;

на Фиг.10 - коллектор в пределах участка, обозначенного номером 10 на Фиг.9, местный вид сверху с более подробным изображением участка, где кольцевой сборник подводится к концу одного из хордальных сборников;

на Фиг.11 - коллектор в пределах участка, обозначенного номером 11 на Фиг.9, местный вид сверху с более подробным изображением участка, где осуществляется блокировка подвода кольцевого сборника к соответствующему концу другого хордального сборника;

на Фиг.12-18 - колонна, содержащая коллекторы, изготовленные согласно различным вариантам осуществления настоящего изобретения, вид сверху, коллекторы показаны схематически с использованием стрелок, которые указывают направление потока жидкости в коллекторе.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ПРЕДПОЧТИТЕЛЬНЫХ ВАРИАНТОВ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Ниже приводится более подробное описание изобретения со ссылкой на чертежи. Как показано на Фиг.1, позицией 1 обозначена сама колонна, в которой осуществляется обработка потоков текучей среды с целью получения фракционированных продуктов и/или, иначе говоря, в которой происходит массообмен и теплообмен между потоками жидкости. Колонна 1 содержит жесткий вертикальный корпус 2, который имеет цилиндрическую форму, форму многоугольника или другую форму, и изготовлен из металла или других материалов, которые подходят для жидкостей и условий внутри колонны. Корпус 2 имеет диаметр и высоту, подобранные таким образом, чтобы можно было осуществлять необходимую обработку потоков текучей среды в открытом внутреннем пространстве 3, ограниченном корпусом 2.

Коллектор 4 согласно настоящему изобретению установлен горизонтально внутри корпуса 2 и имеет также размеры, которые позволяют заполнить все открытое внутреннее пространство 3 по всему горизонтальному сечению. Таким образом, коллектор 4 захватывает практически всю жидкость, которая стекает вниз из верхней зоны. В верхней зоне имеются любые различные устройства, которые обычно применяются в массообменных или теплообменных колоннах и которые способствуют поперечному распределению жидкости. Например, в верхней зоне может находиться слой неупорядоченной или упорядоченной насадки. Конкретное описание характеристики устройств, находящихся в верхней зоне, не является существенным для понимания сущности настоящего изобретения.

Как показано на Фиг.1, коллектор 4 содержит кольцевой сборник 5 и два хордальных сборника 6 и 7, которые расположены параллельно друг другу и находятся на расстоянии друг от друга. Хордальные сборники 6 и 7 по своей длине проходят по всему сечению колонны 1 и их концы соединяются с кольцевым сборником 1. Впускные отверстия 8 и 9 сливного стакана располагаются в центре по горизонтальной длине хордальных сборников 6 и 7 соответственно. Как будет описано ниже, согласно настоящему изобретению могут быть применены различные схемы расположения и различное количество сборников, а также различное количество и различное местоположение впускных отверстий сливного стакана.

Хордальные сборники 6 и 7 расположены таким образом, что они разделяют поверхность коллектора 4 на центральную область и две боковые области 10, 11 и 12 соответственно, причем площадь центральной области 10 приблизительно в два раза больше площади каждой из двух боковых областей 11 и 12. Как показано на Фиг.2-4В, множество параллельных рядов вертикальных направляющих устройств 13 для сбора жидкости расположены в пределах этих областей 10, 11 и 12 и, в основном, полностью их заполняют. Как показано на Фиг.4А и Фиг.4В, каждое из направляющих устройств 13 содержит канал 14 и отклоняющее устройство 15, которое выступает вверх из канала 14 под углом к вертикали. Канал 14 и отклоняющее устройство 15 направляющего устройства 13 показаны в виде цельной конструкции, но они могут быть также выполнены в виде отдельных частей. Предпочтительным является, чтобы различные части каждого направляющего устройства 13 были образованы путем простого сгибания одного цельного куска из металла или другого материала с целью придания необходимой формы, хотя могут быть применены и конструкции другой формы. Канал 14 образуется за счет продольных боковых стенок 16 и 17, которые разделены между собой промежутком и соединены между собой при помощи нижней панели 18. Ширина канала 14 меньше, чем промежуток между близлежащими направляющими устройствами 13, в результате чего между направляющими устройствами 13 образуется открытый проход 19 для пара, что позволяет осуществлять прохождение через коллектор 4 снизу вверх потоков пара, как показано стрелками 20.

Отклоняющее устройство 15 выступает вверх под углом из боковой стенки 16 и на его верхнем конце имеется фланец 21, наклоненный под углом вниз. Наклоненные под углом отклоняющее устройство 15 и фланец 21, расположенный на верхнем конце отклоняющего устройства, образуют экран над близлежащим проходом 19, препятствующий поступлению стекающей вниз жидкости в проход 19, служащий для прохождения потока пара. В свою очередь, стекающая вниз жидкость вместо попадания в канал 14 по наклонной поверхности отклоняющего устройства 15 и по фланцу 21 перемещается с помощью близлежащего направляющего устройства 13. Промежуток между близлежащими направляющими устройствами сохраняется за счет разделительных пластинок 22, которые расположены поперек верхних концов группы близлежащих направляющих устройств 13 и имеют вырезы для верхних концов отклоняющих устройств 15. Аналогично этому, несколько расположенных сбоку разделенных между собой промежутками крепежных пластин 23 простираются поперек, под нижними концами группы направляющих устройств 13, и имеют вырезы для каналов 15.

Направляющие устройства 13 ориентированы в продольном направлении таким образом, что они простираются в горизонтальном направлении между хордальными сборниками 6 и 7 в центральной области 10 и между хордальными сборниками 6 и 7 и кольцевым сборником 5 и в боковых областях 10 и 11 соответственно. Направляющие устройства предпочтительно располагаются перпендикулярно к горизонтальной продольной оси хордальных сборников 6 и 7, но также могут располагаться под другими углами. По меньшей мере один конец канала 14 в каждом направляющем устройстве 13 является открытым с тем, чтобы он служил в качестве сливного отверстия, позволяющего осуществлять отекание потока жидкости из канала 14 в близлежащие кольцевой сборник 5 или хордальные сборники 6 и 7. Другой конец во всех каналах 14 или по меньшей мере в некоторых каналах 14 полностью или частично блокируется при помощи ограничителя потока в виде пластины 24 (Фиг.4В и Фиг.5) для того, чтобы предотвратить вытекание жидкости из канала 14 через заблокированный конец. Таким образом, некоторые каналы 14 в центральной области 10 преимущественно осуществляют подачу жидкости в хордальный сборник 6, в то время как другие каналы 14 преимущественно осуществляют подачу жидкости в другой хордальный сборник 7. Однако другие каналы 14 в центральной области 7 могут быть открыты на обоих концах для подачи жидкости в оба хордальных сборника 6 и 7. Например, в случае одной схемы расположения каждый другой канал 14 заблокирован на одном конце, а остальные каналы 14 заблокированы на противоположном конце пластинами 24 таким образом, чтобы близлежащие каналы 14 преимущественно осуществляли подачу жидкости в другие хордальные сборники 6 и 7. В случае другой схемы расположения каждый третий канал 14 открыт на обоих концах для подачи жидкости в оба сборника 6 и 7, в то время как остальные каналы 14 заблокированы поочередно на концах. Кроме этого, могут быть применены другие схемы расположения в том случае, если поток жидкости, поступающий из центральной области 10, разделяется приблизительно на две равные части, которые подаются в два хордальных сборника 6 и 7. Важно также отметить, что близлежащие каналы 14 или группы каналов осуществляют подачу в различные хордальные сборники 6 и 7 таким образом, чтобы жидкость в одном сборнике имела практически такой же состав, как и жидкость в другом сборнике. Таким образом, жидкость, собираемая направляющими устройствами 13 по сечению центральной области 10, хорошо перемешивается и имеет однородный состав перед тем, как она поступает в отдельные впускные отверстия 8 и 9 сливного стакана.

Аналогично этому каналы 14 в направляющих устройствах 13 в боковых областях 11 и 12 открыты на одном конце или обоих концах поочередно или другим образом для подачи жидкости в кольцевой сборник 5 и близлежащий хордальный сборник 6 или 7. Таким образом, жидкость, собираемая направляющими устройствами 13 в обеих боковых областях 11 и 12, подается приблизительно в равных количествах в кольцевой сборник 5 и хордальные сборники 6 и 7.

Кольцевой сборник 5 осуществляет подачу содержащейся в нем жидкости на выбранные концы хордальных сборников 6 и 7, из которых, в свою очередь, собранная жидкость подается во впускные отверстия 8 и 9 сливного стакана. Как показано на Фиг.9-11, жидкость из полусферической части кольцевого сборника 5 подается на один конец хордального сборника 6, а из другой полусферической части жидкость подается на противоположный конец другого хордального сборника 7. Кольцевая блокирующая пластина 25 расположена в кольцевом сборнике 5 сразу за впускным концом хордального сборника 6, а другая кольцевая блокирующая пластина 26 расположена сразу за впускным концом другого хордального сборника 7. Противоположные концы хордальных сборников 6 и 7 блокируются концевыми пластинами 27 и 28 соответственно с целью предотвращения попадания жидкости из кольцевого сборника 5 в заблокированные концы сборников 6 и 7, а также с целью предотвращения попадания жидкости из хордальных сборников 6 и 7 в кольцевой сборник 5. Как показано на Фиг.1, кольцевые блокирующие пластины 25 и 26 и концевые пластины 27 и 28 сборников служат для разделения кольцевого сборника 5 на полусферические части, которые, в свою очередь, служат для подачи жидкости из боковой области 11 в хордальный сборник 7 и также для подачи жидкости из другой боковой области 12 в другой хордальный сборник 6. Таким образом, некоторая часть жидкости, собираемая в боковой области 11, перемешивается с жидкостью в другой боковой области 12 перед тем, как попасть во впускные отверстия 8 и 9 сливного стакана. Согласно предпочтительному варианту схемы расположения одна часть жидкости, собираемая в боковой области 11, подается через один конец каналов 14, связанных с этой областью, прямо в хордальный сборник 6, в то время как другая, предпочтительно равная, часть жидкости, собираемая в боковой области 11, направляется через другой конец каналов 14 в другую полусферическую часть кольцевого сборника 5 с дальнейшей подачей в направлении, указанном стрелками 29, в другой хордальный сборник 7. Таким образом, одна часть жидкости, собираемая в другой боковой области 12, подается прямо в хордальный сборник 7, в то время как другая часть жидкости направляется в другую полусферическую часть кольцевого сборника 5 с дальнейшей подачей в направлении, указанном стрелками 29а, в другой хордальный сборник 6. Эта схема расположения обеспечивает подачу во впускные отверстия 8 и 9 сливного стакана равных частей жидкости, собираемой в коллекторе 4, а также практически одинаковый состав жидкости, поступающей в одно впускное отверстие, и жидкости, поступающей в другое впускное отверстие. Для создания необходимого направленного потока жидкости вдоль сборников 5, 6 и 7 днища сборников могут быть наклонены вниз в направлении потока. Аналогично этому вместо использования концевых пластин 24 для предотвращения поступления потока жидкости с концов каналов 14 каналы могут быть просто наклонены вниз в направлении необходимого потока жидкости из каналов 14.

Как показано на Фиг.6-8, сливной стакан 30 простирается вниз от каждого впускного отверстия 8 и 9 сливного стакана и находится в пределах разделительной коробки 31 нижнего распределительного устройства. Сливной стакан 30 в предпочтительном варианте исполнения простирается вертикально, но также может быть наклонен, как показано на Фиг.6. Сливные трубки 32 также предусмотрены в обоих хордальных сборниках, вблизи концов прямоугольных впускных отверстий 8 и 9 сливного стакана. Нижнее распределительное устройство применяется для равномерного поперечного распределения жидкости, поступающей в нижнюю зону, содержащую такие устройства, как слои насадки. Подробное конкретное описание распределительного устройства и устройств в нижней зоне не является важным для понимания сущности настоящего изобретения, которая заключается в конструкции коллектора 4. Применение двух сливных стаканов 30 позволяет осуществлять работу коллектора 4 при высоких расходах жидкости, в то время как конструкция коллектора 4 обеспечивает приблизительно одинаковый расход жидкости и состав жидкости как в одном сливном стакане, так и в другом сливном стакане.

На Фиг.12 показан другой вариант коллектора 33 согласно настоящему изобретению, содержащий кольцевой сборник 5 и один хордальный сборник 7. Хордальный сборник 7 простирается по всему срединному сечению колонны 1, причем концы этого сборника соединены с кольцевым сборником 5. Впускное отверстие 9 сливного стакана расположено в центре, по горизонтальной длине хордального сборника 7.

Хордальный сборник расположен таким образом, что он делит поверхность коллектора 33 на две боковые области 11 и 12 приблизительно одинаковой площади. Несколько параллельных рядов вертикальных направляющих устройств для сбора жидкостей такого же типа, как было описано выше, расположены в этих областях 11 и 12 и практически полностью заполняют эти зоны.

По меньшей мере один конец канала 14 каждого направляющего устройства 13 является открытым для образования сливного отверстия, которое позволяет жидкости вытекать из канала 14 в близлежащие кольцевой сборник 5 или хордальный сборник 7. Согласно этому варианту осуществления изобретения каждый другой канал заблокирован на одном конце, а остальные каналы 14 заблокированы на противоположных концах при помощи пластин такого типа, как вышеописанные пластины 24, в результате чего из близлежащих каналов 14 преимущественно происходит подача жидкости в хордальный сборник 7 или кольцевой сборник 5. Кольцевые блокирующие пластины 25 и 26 расположены в кольцевом сборнике 5 на противоположных концах хордального сборника 7 и делят кольцевой сборник 5 на полусферические части, которые по отдельности осуществляют подачу в противоположные концы хордального сборника 7. В результате этого жидкость, которая поступает в кольцевой сборник 5 из области 11 сбора жидкости, подается на один конец хордального сборника 7 в то время, как жидкость, которая поступает в кольцевой сборник 5 из другой области 12 сбора жидкости, подается в противоположный конец хордального сборника 7. Таким образом, некоторое количество жидкости, собираемое направляющими устройствами 13 по сечению боковых областей 11 и 12, смешивается в различных полусферических частях кольцевого сборника перед тем, как она поступает в хордальный сборник 7, и приобретает более однородный состав перед поступлением во впускное отверстие 9 сливного стакана. Если это необходимо, кольцевые блокирующие пластины 25 и 26 могут также не применяться. Варианты конструкций, которые были описаны выше применительно к коллектору 4, могут быть использованы применительно к коллектору 33. Например, вместо варианта, когда происходит вытекание жидкости из противоположных концов близлежащих каналов 14, каналы 14 могут быть сгруппированы вместе таким образом, чтобы жидкость вытекала из одного и того же конца двух близлежащих каналов 14 или из большего количества близлежащих каналов 14. Подобным же образом необходимое направление потока из каналов 14 может быть достигнуто путем наклона каналов 14 вниз в необходимом направлении потока.

На Фиг.13 показан другой вариант коллектора 34 согласно настоящему изобретению. Коллектор 34 содержит сборник 5 и три хордальных сборника 6, 7 и 36, которые простираются параллельно друг другу и разделены между собой промежутками. Впускные отверстия 8, 9 и 47 сливного стакана расположены в центре, по горизонтальной длине хордальных сборников 6, 7, и 36, соответственно.

Хордальные сборники 6, 7 и 36 расположены таким образом, что они делят поверхность коллектора на две центральные области 10 и 37 и две боковые области 11 и 12. Множество параллельных рядов вертикальных направляющих устройств 13, собирающих жидкость, расположены в пределах областей 10, 37, 11 и 12 и практически заполняют эти области. Направляющие устройства 13 ориентированы в продольном направлении таким образом, что они простираются между хордальными сборниками 6 и 7 в центральной области 10 и между хордальными сборниками 7 и 36 в центральной области 37. Направляющие устройства 13 также ориентированы в продольном направлении таким образом, что они простираются между хордальным сборником 36 и кольцевым сборником 5 в боковой области 11 и между хордальным сборником 6 и кольцевым сборником 5 в боковой области 12. По меньшей мере один конец канала 14 в каждом направляющем устройстве 13 является открытым для того, чтобы жидкость могла вытекать из канала 14 в близлежащие кольцевой сборник 5 или хордальные сборники 6, 7 или 36. Другие концы по меньшей мере некоторых каналов 14 полностью или частично заблокированы такой же пластиной, как вышеописанная пластина 24, для того чтобы предотвратить вытекание жидкости через заблокированный конец. Таким образом, из некоторых каналов 14 жидкость преимущественно течет в одном направлении и преимущественно течет в противоположном направлении из других каналов 14.

Кольцевые блокирующие пластины 25 и 26 и концевые пластины 27, 38, 28 и 39 сборников служат для разделения кольцевого сборника 5 на полусферические части. Из одной полусферической части кольцевого сборника 5 жидкость подается в один конец хордального сборника 36, а из другой полусферической части жидкость подается в противоположный конец другого хордального сборника. Кольцевая блокирующая пластина 25 располагается в кольцевом сборнике 5 сразу за впускным концом хордального сборника 36, а другая кольцевая блокирующая пластина 26 располагается сразу за впускным концом хордального сборника 6. Противоположные концы хордальных сборников 6 и 36 блокируются при помощи концевых пластин 38 и 28 соответственно для предотвращения поступления жидкости из кольцевого сборника 5 в эти заблокированные концы сборников 6 и 36 или для предотвращения поступления жидкости, находящейся в хордальных сборниках 6 и 36, в кольцевой сборник 5. Оба конца хордального сборника 7 блокируются при помощи концевых пластин 27 и 39 для предотвращения поступления жидкости из кольцевого сборника 5 в эти заблокированные концы сборника 7 и для предотвращения поступления жидкости, находящейся в сборнике 7, в кольцевой сборник 5. Однако согласно другому варианту осуществления настоящего изобретения концы хордального сборника 7 не блокируются концевыми пластинами, или они могут быть перфорированными, или же они могут иметь уменьшенную высоту, с тем чтобы они могли действовать в качестве сливных отверстий, или же могут иметь какую-либо конструкцию, которая позволяет осуществлять подачу частей жидкости, находящейся в кольцевом сборнике 5, в центральный хордальный сборник 7 и подачу частей жидкости, находящейся в хордальном сборнике 7, в кольцевой сборник 5.

Каналы 14 в направляющих устройствах 13 в боковой области 12 открыты на одном или обоих концах в чередующемся порядке или в другом порядке для подачи жидкости в кольцевой сборник или близлежащий хордальный сборник 6. Таким образом, одна часть жидкости, собираемая направляющими устройствами 13 в боковой области 6, подается прямо в хордальный сборник, в то время как другая часть жидкости направляется в кольцевой сборник и подается к хордальному сборнику 36.

Аналогично этому каналы 14 в направляющих устройствах 13 в боковой области 11 открыты на одном или обоих концах в чередующемся порядке или в другом порядке для подачи жидкости в кольцевой сборник или близлежащий хордальный сборник 36. Таким образом, одна часть жидкости, собираемая направляющими устройствами 13 в боковой области 11, подается прямо в хордальный сборник 36, в то время как другая часть жидкости направляется в кольцевой сборник 5 и подается к хордальному сборнику 6.

Каналы 14 в направляющих устройствах 13 в центральных областях 10 и 37 открыты на одном или обоих концах в чередующемся порядке или другом порядке для подачи жидкости в центральный хордальный сборник 7 и близлежащие сборники 6 и 36 соответственно. Эта схема расположения обеспечивает подачу жидкости, собираемой коллектором 34, во впускные отверстия 8, 9 и 47 сливного стакана в пропорциональных количествах, а также обеспечивает практически одинаковый состав жидкости, поступающей в одно впускное отверстие сливного стакана, и жидкости, поступающей в другие впускные отверстия сливного стакана.

Вышеописанные конструкции и отличительные особенности конструкции, которые были приведены в отношении других вариантов выполнения коллектора, могут быть применены и в случае коллектора 34.

На Фиг.17 показан вариант коллектора 34 согласно настоящему изобретению, в котором один центральный хордальный сборник 7 заменен двумя близлежащими хордальными сборниками 7а и 7b, а связанный с ними сливной стакан 9 отсутствует. Один конец хордального сборника 7а сообщается с одной частью кольцевого сборника 5 таким образом, чтобы жидкость, поступающая в хордальный сборник 7а из области 37 сбора жидкости, преимущественно поступала в кольцевой сборник 5, а затем в хордальный сборник 6. Аналогично этому противоположный конец хордального сборника 7b сообщается с одной частью кольцевого сборника 5 таким образом, чтобы жидкость, поступающая в хордальный сборник 7b из области 37 сбора жидкости, преимущественно поступала в кольцевой сборник 37, а затем в хордальный сборник 36. Пластины 27 и 39 ограничителя потока расположены в других концах хордальных сборников 7а и 7b соответственно с целью преграждения потока или препятствования потоку жидкости, проходящему из этих концов или в эти концы хордальных сборников 7а и 7b.

На Фиг.14 показан еще один вариант коллектора согласно настоящему изобретению, который обозначен номером 40. Коллектор 40 содержит кольцевой сборник 5 и два хордальных сборника 6 и 7, которые пересекаются и делят поверхность коллектора 4 на четыре квадрантные области 41, 42, 43 и 44 в виде секторов приблизительно одинаковой площади. Впускные отверстия 8, 9 сливного стакана располагаются горизонтально по длине одного из хордальных сборников 6 или 7. Множество параллельных рядов вертикальных направляющих устройств, собирающих жидкость, располагаются в пределах областей 41, 42, 43 и 44 и практически заполняют эти области. Направляющие устройства 13 ориентированы в продольном направлении таким образом, что они простираются между одним из хордальных сборников 6 или 7 и кольцевым сборником 5. По меньшей мере один конец канала 14 каждого направляющего устройства 13 открыт для того, чтобы жидкость могла поступать из канала 14 в близлежащий кольцевой сборник 5 или хордальный сборник 6 или 7.

Кольцевая блокирующая пластина 25 располагается в кольцевом сборнике 5 сразу за концом хордального сборника 7, а другая кольцевая блокирующая пластина 26 располагается сразу за вторым концом хордального сборника 7. Первый и второй концы хордального сборника 6 блокируются при помощи концевых пластин 27 и 28 соответственно для предотвращения поступления жидкости или воспрепятствования поступлению жидкости в заблокированные концы сборника 6 из кольцевого сборника 5 или для предотвращения поступления жидкости или воспрепятствования поступлению жидкости, находящейся в сборнике 6, в кольцевой сборник 5. Центральная пластина 45 размещается диагонально между квадрантными областями 43 и 42 для того, чтобы жидкость, которая течет вдоль одной половины хордального сборника 6, направлялась в одну часть хордального сборника 7 и достигала впускного отверстия 9 сливного стакана, а жидкость, которая течет в противоположном направлении, вдоль другой половины хордального сборника 6, направлялась в другую часть хордального сборника 7 и достигала другого впускного отверстия 8 сливного стакана. Можно видеть, что центральная пластина 45 делит хордальные сборники 6 и 7 на два сборника меньших размеров и впускные отверстия 8 и 9 сливного стакана располагаются только в двух сборниках меньших размеров, образованных в результате разделения сборника 7.

Каналы 14 в направляющих устройствах 13 в квадрантных областях 41 и 42 открыты на одном конце или на обоих концах в чередующемся порядке или в другом порядке для подачи жидкости в кольцевой сборник 5 и близлежащий хордальный сборник 6. Таким образом, одна часть жидкости, собираемая направляющими устройствами 13 в областях 41 и 42, подается прямо к хордальному сборнику 6 и в итоге подается в сливной стакан 9, в то время как другая часть направляется в кольцевой сборник 5 и подается к первому концу хордального сборника 7 и сливного стакана 8.

В квадрантных областях 43 и 44 каналы 14 в направляющих устройствах 13 открыты на одном конце или обоих концах в чередующемся порядке или другом порядке для подачи жидкости в кольцевой сборник 5 и близлежащий хордальный сборник 6. Таким образом, одна часть жидкости, собираемая направляющими устройствами 13 в областях 43 и 44, подается прямо к хордальному сборнику и в итоге подается во впускное отверстие 8 в хордальном сборнике 7, в то время как другая часть направляется в кольцевой сборник и подается ко второму концу хордального сборника 7 и впускному отверстию 9 сливного стакана. Эта схема расположения позволяет обеспечить подачу практически равных частей жидкости, собираемых коллектором 40, ко впускным отверстиям 8 и 9 сливного стакана, а также позволяет обеспечить практически одинаковый состав жидкости, поступающей в одно впускное отверстие, и жидкости, поступающей в другое впускное отверстие. Жидкость, поступающая во впускное отверстие 9 сливного стакана, течет вниз и сливается в одну разделяющую коробку такого типа, как вышеописанная разделяющая коробка 31, а жидкость, поступающая во впускное отверстие 8 сливного стакана, течет в другую разделяющую коробку.

На Фиг.15 показан другой вариант коллектора согласно настоящему изобретению, который обозначен номером 46. Коллектор 46 содержит кольцевой сборник 5 и два хордальных сборника 6 и 7, которые пересекаются и делят поверхность коллектора 4 на четыре квадрантные области 41, 42, 43 и 44 в виде секторов приблизительно равной площади. Впускные отверстия 8, 47, 9 и 47 сливного стакана располагаются горизонтально по длине хордальных сборников 6 и 7. Множество параллельных рядов вертикальных направляющих устройств, служащих для сбора жидкости, располагаются в пределах областей 41, 42, 43 и 44 и практически полностью заполняют их. Направляющие устройства 13 в областях 42 и 43 ориентированы в продольном направлении таким образом, что они простираются между хордальным сборником 6 и кольцевым сборником 5. Направляющие устройства 13 в областях 41 и 44 находятся в другой позиции, отличающейся от той, которая показана на Фиг.14, и ориентированы таким образом, что они простираются между хордальным сборником 7 и кольцевым сборником 5. По меньшей мере один конец канала 9 каждого направляющего устройства 13 открыт для того, чтобы жидкость могла поступать из канала 14 в близлежащие кольцевой сборник 5 или хордальный сборник 6 или 7.

Кольцевая блокирующая пластина 25 располагается в кольцевом сборнике 5 сразу за концом хордального сборника 7, а другая кольцевая блокирующая пластина 26 располагается сразу за вторым концом хордального сборника 7. Первый и второй концы хордального сборника 6 блокируются при помощи концевых пластин 27 и 28 соответственно для предотвращения поступления жидкости или воспрепятствования поступлению жидкости в заблокированные концы сборника 6 из кольцевого сборника 5 или для предотвращения поступления жидкости или воспрепятствования поступлению жидкости, находящейся в сборнике 6, в кольцевой сборник 5. Центральная пластина 45 размещается диагонально между квадрантными областями 43 и 42 для того, чтобы жидкость, которая течет вдоль одной половины хордального сборника 6, направлялась в одну часть хордального сборника 7 и достигала впускных отверстий 47 и 9 сливного стакана.

Каналы 14 в направляющих устройствах 13 в квадрантной области 41 открыты на одном конце или на обоих концах в чередующемся порядке или в другом порядке для подачи жидкости в кольцевой сборник 5 и близлежащий хордальный сборник 6. Таким образом, одна часть жидкости, собираемая направляющими устройствами 13 в области 41, подается прямо к хордальному сборнику 7 и в итоге подается во впускные отверстия 9 сливного стакана, в то время как другая часть направляется в кольцевой сборник и подается к первому концу хордального сборника 7 и сливному стакану 35.

Каналы 14 в направляющих устройствах 13 в квадрантной области 42 открыты на одном конце или на обоих концах в чередующемся порядке или в другом порядке для подачи жидкости в кольцевой сборник 5 и близлежащий хордальный сборник 6. Таким образом, одна часть жидкости, собираемая направляющими устройствами 13 в области 42, подается прямо к хордальному сборнику 6 и в итоге подается во впускное отверстие 47 сливного стакана, в то время как другая часть направляется в кольцевой сборник 5 и подается к первому концу хордального сборника 7 и сливному стакану 9.

Каналы 14 в направляющих устройствах 13 в квадрантной области 43 открыты на одном конце или на обоих концах в чередующемся порядке или в другом порядке для подачи жидкости в кольцевой сборник 5 и близлежащий хордальный сборник 6. Таким образом, одна часть жидкости, собираемая направляющими устройствами 13 в области 43, подается прямо к хордальному сборнику 6 и в итоге подается во впускное отверстие 8 сливного стакана, в то время как другая часть направляется в кольцевой сборник 5 и подается ко второму концу хордального сборника 7 и сливному стакану 9.

Каналы 14 в направляющих устройствах 13 в квадрантной области 44 открыты на одном конце или на обоих концах в чередующемся порядке или в другом порядке для подачи жидкости в кольцевой сборник 5 и близлежащий хордальный сборник 6. Таким образом, одна часть жидкости, собираемая направляющими устройствами 13 в области 44, подается прямо к хордальному сборнику 7 и в итоге подается во впускное отверстие 47 сливного стакана, в то время как другая часть направляется в кольцевой сборник 5 и подается ко второму концу хордального сборника 7 и сливному стакану 9.

Вышеописанная схема расположения обеспечивает подачу практически равных частей жидкости, собираемой коллектором 46, во впускные отверстия 8 и 47 сливного стакана, а также во впускные отверстия 9 и 47 сливного стакана, а также позволяет обеспечить более однородный, хотя и не совсем однородный, состав жидкостей, поступающих в каждое впускное отверстие. Жидкость, поступающая во впускные отверстия 8 и 47 сливного стакана, стекает вниз и для более полного и равномерного смешивания эта жидкость предпочтительно подается в одну разделяющую коробку вышеописанного типа. Аналогично этому, жидкость, поступающая во впускные отверстия 9 и 47 сливного стакана, стекает вниз в другую разделяющую коробку 31.

На Фиг.16 показан коллектор 48, который отличается от вышеописанных коллекторов тем, как жидкость выпускается из канала 14. Коллектор 48 содержит хордальные сборники 6, 7 и 36, которые расположены параллельно друг другу и разделены между собой промежутками. Впускные отверстия 8, 9 и 47 сливного стакана располагаются в центре, по горизонтальной длине хордальных сборников 6, 7 и 36, соответственно. Хордальные сборники 6, 7 и 36 располагаются таким образом, что они делят поверхность коллектора на две центральные области 10 и 37 и две боковые области 11 и 12. Множество параллельных рядов вертикальных направляющих устройств 13, собирающих жидкость, располагаются в пределах этих областей 10, 37, 11 и 12 и практически полностью заполняют эти области. Направляющие устройства 13 ориентированы в продольном направлении таким образом, что они простираются через всю колонну 1 или через большую часть колонны 1.

Согласно предпочтительному варианту осуществления настоящего изобретения днище и/или боковые стенки каналов в направляющих устройствах 13 имеют по меньшей мере одно сливное отверстие 49 для подачи жидкости в один или несколько сборников 6, 7 и 36. Каналы 14 близлежащих направляющих устройств 13 имеют сливные отверстия 49, расположенные в чередующемся порядке или в другом порядке для подачи жидкости в сборники 6, 7 и 36. Таким образом, одна часть жидкости, собираемая направляющими устройствами 13 в областях 10, 37, 11 и 12, подается прямо к хордальному сборнику 6 и во впускное отверстие 8 сливного стакана, в то время как другие части жидкости, собираемые в области 11, подаются прямо в хордальные сборники 7 и 36 и во впускные отверстия 9 и 47 сливного стакана соответственно.

Количество и схема расположения сборников и впускных отверстий сливного стакана могут быть различными в коллекторе 48. Согласно одному из примеров коллектор 48 может содержать кольцевой сборник вышеописанного типа дополнительно к хордальным сборникам 6, 7 и 36.

При использовании кольцевого сборника по меньшей мере один конец канала 14 каждого направляющего устройства 13 открыт для того, чтобы поток жидкости из канала 14 поступал в близлежащий кольцевой сборник, или каждый канал имеет по меньшей мере одно сливное отверстие 49 для подачи жидкости в один сборник или несколько сборников 6, 7 и 36. Согласно этому варианту осуществления изобретения концевые пластины могут использоваться для предотвращения поступления жидкости или для препятствования поступлению жидкости из кольцевого сборника 5 в хордальные сборники 6, 7 и 36. Концевые пластины могут быть перфорированными, могут иметь различную высоту или могут иметь какую-либо другую конструкцию для регулирования количества жидкости, которая течет из кольцевого сборника в хордальные сборники 6, 7 и 36. Концевые пластины могут иметь такую высоту, которая позволяет предотвратить поступление какого-либо потока жидкости из кольцевого сборника в один или несколько хордальных сборников 6, 7 и 36, или наоборот, либо могут быть перфорированными, иметь различную высоту или могут иметь какую-либо другую конструкцию для того, чтобы регулируемое количество жидкости могло втекать в один сборник или несколько сборников 6, 7 и 36 или вытекать из одного сборника или нескольких сборников 6, 7 и 36.

Согласно еще одному варианту осуществления изобретения один кольцевой сборник 5 заменяется двумя концентрическими кольцевыми сборниками или большим количеством концентрических кольцевых сборников для подачи жидкости из разных областей сбора жидкости в разные хордальные сборники. На Фиг.18 показан коллектор 50 с использованием таких концентрических кольцевых сборников. В коллекторе 50 кольцевая область разделена на первый внешний кольцевой сборник 5а, который простирается вокруг части окружности кольцевой области, и второй внешний кольцевой сборник 5b, который простирается вокруг остальной части окружности. Концентрический первый внутренний кольцевой сборник 5с располагается радиально внутрь от первого внешнего кольцевого сборника 5а и предпочтительно вблизи этого сборника и простирается вокруг меньшей части окружности кольцевой области. Аналогичный второй внутренний кольцевой сборник 5d располагается радиально внутрь от второго внешнего кольцевого сборника 5b и простирается вокруг другой меньшей части окружности кольцевой области. Из первого внешнего и первого внутреннего кольцевых сборников 5а и 5с жидкость подается в один конец хордального сборника 7 соответственно, причем противоположный конец хордального сборника 6 заблокирован пластинами 28 ограничителя потока. Аналогично этому из второго внешнего и второго внутреннего кольцевых сборников 5b и 5d жидкость подается в противоположный конец хордального сборника 36 и центрального хордального сборника 7 соответственно. Другие концы хордальных сборников 36 и 6 заблокированы концевыми пластинами 38 и 28 ограничителя потока соответственно для предотвращения образования или препятствования образованию потока жидкости между этими концами хордальных сборников 36 и 6 и внутренними кольцевыми сборниками 5с и 5d, соответственно. С помощью каналов 14, собирающих жидкость и расположенных в каждой области 10, 37, 11 и 12 сбора жидкости, осуществляется слив собранной жидкости в два сборника или большее количество сборников 5a-d, 6, 7 и 36. Например, каналы 14 в области 11 делят количество собранной жидкости пропорционально между внешним кольцевым сборником 5а, внутренним кольцевым сборником 5с и центральным хордальным сборником 7. В свою очередь, из внешнего кольцевого сборника 5а жидкость подается к хордальному сборнику 6, а из внутреннего кольцевого сборника 5с жидкость подается к центральному хордальному сборнику 7. Аналогично этому каналы 14 в области 12 делят количество собранной жидкости пропорционально между внешним кольцевым сборником 5b, внутренним кольцевым сборником 5d и хордальным сборником 6. В свою очередь, из внешнего кольцевого сборника 5b жидкость подается к хордальному сборнику 36, а из внутреннего кольцевого сборника 5d жидкость подается к центральному хордальному сборнику 7. Каналы 14 в области 10 делят количество собранной жидкости на равные количества между хордальными сборниками 6 и 7, а каналы 14 в области 37 аналогичным образом делят количество собранной жидкости на равные количества между хордальными сборниками 36 и 7.

Как показано на чертеже, коллектор 50 имеет также два сливных отверстия различного типа, которые были описаны выше, для преимущественного слива жидкости из каналов 14 в необходимый сборник. Согласно одному варианту осуществления настоящего изобретения сливные отверстия 49 образованы в днище каналов сбора жидкости, в то время как согласно другому варианту осуществления настоящего изобретения жидкость просто сливается через сливное отверстие, образованное за счет открытого конца канала 14, служащего для сбора жидкости.

На основании вышеописанного становится ясным, что это изобретение в полной мере отвечает всем целям и задачам всего изложенного выше в данном описании наряду с другими преимуществами, которые являются очевидными и которые являются неотъемлемой частью сущности изобретения.

Становится понятным, что определенные отличительные признаки и комбинации, представляющие собой часть другой более широкой комбинации, обладают полезностью и могут быть использованы без ссылки на другие отличительные признаки и комбинации, представляющие собой часть другой более широкой комбинации. Это предполагается объемом, соответствующим формуле изобретения, и входит в объем, соответствующий формуле изобретения.

Так как настоящее изобретение может иметь различные варианты осуществления изобретения, лежащие в объеме заявленного изобретения, становится понятно, что все изложенное в данном описании или показанное на прилагаемых чертежах должно истолковываться как иллюстративный материал и не в ограничительном смысле.

Реферат

Коллектор (1) применяется для сбора и смешивания жидкости, поступающей из верхней зоны массообменной колонны, где осуществляется обработка потоков текучих сред, с целью получения продуктов фракционирования. Коллектор (1) имеет две или более области сбора жидкости (10, 11, 12), а также два или более сборника (5, 6, 7), расположенных по периметру областей сбора жидкости. Множество каналов и отклоняющих устройств находятся на расстоянии друг от друга в пределах каждой области сбора жидкости (10, 11, 12), проходы для потока паров образованы в промежутках между близлежащими каналами. Отклоняющие устройства направляют стекающую вниз жидкость в каналы и перекрывают проходы для потоков пара, предотвращая тем самым попадание стекающей вниз жидкости. Каналы в каждой области сбора жидкости (10, 11, 12) расположены по отдельным группам, причем с помощью одной группы каналов собранная жидкость преимущественно направляется в один сборник, а с помощью другой группы каналов - в другой сборник. В предпочтительном варианте приблизительно равное количество жидкости из каждой области сбора жидкости направляется к двум сборникам с тем, чтобы жидкость в сборниках имела более однородную концентрацию и состав. Один или несколько сборников (5, 6, 7) содержат сливной стакан (8, 9) для направленной подачи жидкости из сборника к нижней зоне. Так как в коллекторе происходит смешивание жидкости, то исключено применение отдельного смесительного устройства. Вследствие этого вертикальное пространство в колонне, в котором обычно располагается смесительное устройство, заполнено насадкой или другими внутренними приспособлениями для повышения эффективности колонны. 2 н. и 36 з.п. ф-лы, 18 ил.

Формула