МАССООБМЕННАЯ ТАРЕЛКА Российский патент 1997 года по МПК B01D3/22 

Предполагаемое изобретение относится к конструкциям контактных устройств для взаимодействия между газом (паром) и жидкостью в условиях абсорбции и ректификации, промывки газов, особенно при малых диаметрах колонны и может найти применение в химической, нефтяной и других смежных отраслях промышленности и особенно в производствах химических жидких реактивов и препаратов особо высокой частоты.

Известна массообменная колпачковая тарелка с радиальным переливом жидкости, движущейся поочередно от центра к периферии и от периферии к центру на тарелках, расположенных поярусно по высоте колонны [10] Тарелки обеспечивают стабильную эффективность массообмена.

Недостатком известной массообменной тарелки является недостаточно высокая эффективность массообмена за счет обратного перемешивания жидкости на тарелке при малых диаметрах тарелки, так как при этом общая эффективность массообмена на Мерфри приближается к локальной (точечной) эффективности массообмена.

Наиболее близкой к заявляемой является массообменная тарелка, включающая перфорированную плиту с приемными и сливными устройствами, перфорации выполнены в виде арочных прорезей с осями, направленными в сторону сливных устройств, тарелки устанавливаются в колонне поярусно, приемные и сливные устройства на смежных по высоте тарелках расположены в диаметрально противоположных направлениях [2]
Недостатком известной массообменной тарелки является невысокая эффективность массообмена тарелки при малых диаметрах колонны вследствие того, что для малых диаметров тарелок общая эффективность массообмена тарелки численно близка к локальной эффективности массообмена.

Целью заявляемого изобретения является повышение эффективности массообмена за счет снижения обратного перемешивания жидкости на тарелке и за счет увеличения времени контакта жидкости с газом (паром) на тарелке.

Поставленная цель достигается тем, что в массообменной тарелке, включающей перфорированную плиту, устанавливаемую поярусно одна над другой в вертикальной цилиндрической колонне, приемное устройство для приема жидкости с вышерасположенной тарелки и сливное устройство для слива жидкости на нижерасположенную тарелку расположены на диаметрально противоположных сторонах плиты, перфорации в плите выполнены в виде арочных прорезей выпуклостями вверх с осями, направленными диаметрально от приемного к сливному устройству, приемное устройство выполнено в виде перфорированной части плиты, сливное устройство выполнено в виде арочных прорезей выпуклостями вниз с осями, направленными в сторону, противоположную от расположения приемного устройства, приемное устройство нижерасположенной тарелки симметрично расположено под сливным устройством вышерасположенной тарелки, приемные устройства всех нижерасположенных тарелок выполнены также перфорированными арочными прорезями как и рабочие части тарелок, края плиты тарелки отбортованы вверх, плиты тарелок могут устанавливаться в колонне горизонтально или под острым углом наклона к горизонтали в сторону расположения сливного устройства, на каждую тарелку засыпается беспорядочно слой насадки высотой, равной не менее 2,5 линейных размеров элемента насадки.

Предлагаемая конструкция массообменной тарелки за счет своих отличительных признаков обеспечивает решение поставленной технической задачи - повышение эффективности массообмена за счет снижения обратного перемешивания жидкости и за счет увеличения времени контакта жидкости с газом (паром).

На фиг. 1 представлен разрез колонны с массообменными тарелками; на фиг. 2 представлен продольный разрез колонны с наклонными массообменными тарелками; на фиг. 3 поперечный разрез в плоскости А-А фиг. 1; на фиг. 4 поперечный разрез в плоскости Б-Б фиг. 3; на фиг. 5 разрез в плоскости В-В фиг. 3; на фиг. 6 разрез в плоскости Г-Г фиг. 3.

Массообменная тарелка содержит расположенную в вертикальной цилиндрической колонне 1 (фиг. 1 6) по высоте одна под другой горизонтальную 2 или наклоненную под острым углом к горизонтали плиту 3 с приемным 4 и сливным 5 устройством, с перфорациями в виде арочных прорезей 6 в плитах 2 и 3 выпуклостями вверх с осями, направленными диаметрально от приемного 4 к сливному 5 устройству для прохода газа (пара) и перфорациями в виде арочных прорезей 7 выпуклостями вниз с осями, направленными в сторону, противоположную от расположения приемного устройства 4, приемные устройства 4 нижерасположенных массообменных тарелок, расположенные симметрично под сливными устройствами 5 вышерасположенных массообменных тарелок, перфорированы также арочными прорезями 6, как и основные плиты 2 и 3 тарелок, края плит 2 и 3 тарелок выполнены с отбортовками 8 вверх, на плиты 2 и 3 беспорядочно уложен слой насадки 9 высотой, равной не менее 2,5 линейных размеров элемента насадки. Оптимальная высота слоя насадки, равная 2,5 линейным размерам элемента насадки, определена экспериментально. Именно такая высота обеспечивает исключение прямого проскока газа (пара) без взаимодействия с элементами насадки в слое. Оптимальной эта высота принимается потому, что увеличение высоты слоя сверх оптимальной не обеспечивает повышение эффективности массообмена тарелки со слоем насадки пропорционально высоте слоя насадки в связи с перемешиванием жидкости по высоте слоя насадки. Кроме того, увеличение высоты слоя насадки сверх оптимальной влечет за собой опережающее увеличение гидравлического сопротивления потоку газа (пара). Отбортовки 8 краев плит 2 и 3 обеспечивают постоянство слоя жидкости на плитах 2 и 3 для тесного взаимодействия ее с газом (паром), выходящим из арочных прорезей 6 в плитах 2 и 3, в противном случае, при отсутствии отбортовок 8, жидкость может стекать через неплотности между плитами 2 и 3 и стенкой колонны 1. Плотная же посадка плит 2 и 3 в колонне 1 значительно удорожает стоимость массообменных тарелок 2 и 3 и колонны 1 в целом. Наклонная плита 3 тарелки обеспечивает стекание жидкости в направлении от приемного 4 к сливному 5 устройству и последовательный контакт с газом (паром), проходящим через арочные прорези 6 в плите 3, особенно при малых нагрузках по газу (пару) и жидкости в условиях вакуума, что приведет к провалу жидкости через арочные прорези 6 в плитах до достижения ей сливного устройства 5, что, естественно, приведет к снижению эффективности массообмена тарелки по Мерфри. Наличие слоя насадки 9 на плитах 2 и 3 обеспечивает увеличение дополнительной физической поверхности для массообмена между жидкостью и газом (паром), а также способствует турбулизации газа (пара) и жидкости и интенсификации массообмена между фазами за счет конвективной составляющей массопередачи.

Массообменная тарелка работает следующим образом.

Газ (пар) подается в колонну 1 (фиг. 1 6) снизу, проходит через арочные прорези 6 в плитах 2 и 3 и контактирует с жидкостью на плитах 2 и 3 и в слое насадки 9, в результате чего происходит тесное взаимодействие и массообмен между газом (паром) и жидкостью. Жидкость подается на приемное устройство самой верхней тарелки по вводному патрубку (не показано), движется по плите 2 или 3 и контактирует с газом (паром), выходящим через арочные прорези 6, поступает в сливное устройство 5, где проходит через арочные прорези 7 вниз на приемное устройство 4 нижерасположенной тарелки и т.д.

Предлагаемая массообменная тарелка отличается простотой конструкции приемных и сливных устройств по сравнению с аналогами и прототипом, максимально возможной рабочей площадью и высокой эффективностью массообмена за счет направленного движения газа (пара) и жидкости, обеспечивающего уменьшение обратного перемешивания жидкости, увеличение за счет этой движущей силы процесса и повышение эффективности массообмена. Наличие слоя насадки обеспечивает как увеличение высоты контактного слоя жидкости на тарелке и турбулизацию фаз, что обеспечивает повышение эффективности массообмена на тарелке малых диаметров.

Как известно, эффективность масообмена тарелок по Мерфри малых диаметров очень близка к локальной (точечной) эффективности и численно очень мала. В этой связи предполагаемая конструкция массообменной тарелки может найти широкое применение в колоннах малых диаметров, широко используемых в производствах жидких реактивов очень высокой чистоты. Простота конструкции является очень важной характеристикой предлагаемых массообменных тарелок для колонн малых диаметров, что в совокупности с другими преимуществами предлагаемой массообменной тарелки выгодно ее отличает от известных аналогов и прототипа.

Использование: в конструкциях контактных устройств для взаимодействия газов (паров) и жидкости в процессах абсорбции, ректификации, промывки газов. Сущность изобретения: массообменная тарелка включает перфорированную плиту, приемное устройство для приема жидкости с вышерасположенной тарелки и сливное устройство для слива жидкости на нижерасположенную тарелку. Приемное устройство выполнено в виде перфорированной части плиты, сливное устройство выполнено в виде арочных прорезей выпуклостями вниз с осями, направленными в сторону, противоположную от расположения приемного устройства. Приемное устройство нижерасположенной тарелки симметрично расположено под сливным устройством вышерасположенной тарелки. Плиты тарелок могут устанавливаться в колонне горизонтально или под острым углом наклона к горизонтали в сторону расположения сливного устройства, на каждую тарелку засыпается беспорядочно слой насадки высотой, равной не менее 2,5 линейный размеров элемента насадки. 6 ил.

Массообменная тарелка, включающая перфорированную плиту, устанавливаемую поярусно одна над другой в вертикальной цилиндрической колонне, приемное устройство для приема жидкости с вышерасположенной тарелки и сливное устройство для слива жидкости на нижерасположенную тарелку, расположенных на диаметрально противоположных сторонах плиты, перфорации в плите выполнены в виде арочных прорезей выпуклостями вверх с осями, направленными диаметрально от приемного к сливному устройству, отличающаяся тем, что приемное устройство выполнено в виде перфорированной части плиты, сливное устройство выполнено в виде арочных прорезей выпуклостями вниз с осями, направленными в сторону, противоположную от расположения приемного устройства, приемное устройство нижересположенной тарелки симметрично расположено под сливным устройством вышерасположенной тарелки, приемные устройства всех нижерасположенных тарелок выполнены также перфорированными арочными прорезями, как и рабочие части тарелок, края плиты тарелки отбортованы вверх, плиты тарелок установлены в колонне горизонтально или под острым углом наклона к горизонтали в сторону расположения сливного устройства, на каждую тарелку засыпан беспорядочно слой насадки высотой, равной не менее 2,5 линейного размера элемента насадки.