СТРУЙНАЯ ТАРЕЛКА Российский патент 1997 года по МПК B01D3/20 

Предлагаемое изобретение относится к конструкциям массообменных тарелок для систем газ (пар)-жидкость, предназначенных для процессов абсорбции, ректификации, промывки газов и может найти применение в химической, нефтехимической, газовой, пищевой и других смежных отраслях промышленности.

Известная колпачковая тарелка с диаметральным переливом жидкости, включающей диск с диаметрально расположенными приемными и переливным карманами, снабженными сливными и переливными трубами, паровыми патрубками и колпачками, расположенными на плите тарелки [1]
Недостатком известной колпачковой тарелки является низкая эффективность массообмена по Мерфри вследствие продольного перемешивания жидкости, близкого к модели полного перемешивания жидкости на тарелке.

Наиболее близкой к заявляемой по технической сущности и достигаемому эффекту является тарелка, включающая горизонтальную круглую плиту, установленную в вертикальной цилиндрической колонне с центральным вертикальным паровым патрубком, над центральным патрубком осесимметрично установлен колпачок, в нижней части боковых стенок которого выполнены перфорации, над плитой установлена сливная труба, в плиту тарелки плотного вставлена переливная труба, верхняя кромка которой расположена выше перфорации в боковых стенках колпачка [2]
Недостатком известной тарелки является недостаточно высокая эффективность массообмена по Мерфри вследствие недостаточно тесного контакта газа (пара) и жидкости и значительного обратного перемешивания жидкости на тарелке, так как перфорации для прохода газа (пара) в барботажный слой жидкости на тарелке выполнены только в боковых стенках колпачка и имеют большие линейные размеры для обеспечения необходимого сечения для прохода газа (пара), составляющего в среднем около 10% от полного поперечного сечения колонны, в результате не обеспечивается высокая степень диспергирования газа (пара) в жидкости, кроме того часть жидкости, расположенная в периферийной части плиты тарелки у стенок колонны не взаимодействует с газом (паром), так как не подвергается барботажу.

С целью повышения эффективности массообмена тарелки по Мерфри за счет более тесного контакта газа (пара) и жидкости и за счет снижения продольного перемешивания жидкости из тарелки, включающей горизонтальную плиту круглого сечения, установленную одна под другой в вертикальной цилиндрической колонне с центральным вертикальным паровым патрубком, над центральными патрубками осесимметрично установлен колпачок, а в нижней части боковых стенок которого выполнены перфорации, над плитой установлена сливная труба, в плиту тарелки плотно вставлена переливная труба, верхняя кромка которой расположена выше перфорации в боковых стенках колпачка, вокруг центрального парового патрубка осесимметрично установлен полукольцевой паровой патрубок, над которым установлен полукольцевой паровой колпачок с перфорациями в нижней части боковых стенок, над плитой тарелки между центральным и полукольцевым колпачками установлена горизонтальная дополнительная перфорированная плита, плотно прикрепленная к нижним кромкам центрального и полукольцевого колпачка, с отверстием для переливной трубы, нижняя кромка сливной трубы отстоит от дополнительной плиты на расстоянии, равном одной четверти внутреннего диаметра сливной трубы, сливная труба расположена между центральными колпачками и краем полукольцевого колпачка, а переливная труба расположена между стенкой колонны и другим краем полукольцевого колпачка, над дополнительной плитой установлена вертикальная перегородка, проходящая диаметрально над центральным колпачком и над наружным периметром полукольцевого колпачка до его края, где примыкает к стенке колонны, высота перегородки равна расстоянию между тарелками по высоте колонны, перфорации и в дополнительной плите выполнены в виде арочных прорезей выпуклостью вверх с осями, направленными от сливной трубы в направлении к переливной трубе по каналу между боковыми стенками центрального и полукольцевого колпачков, перфорации в боковых стенках центрального и полукольцевого колпачков выполнены в виде арочных прорезей выпуклостью наружу с направлением осей под острым углом к вертикали вниз и в одну и ту же сторону, совпадающую с направлением осей арочных прорезей в дополнительной плите, на нижерасположенной и вышерасположенной тарелках сливные и переливные трубы взаимно меняются местами по сравнению с данной тарелкой, направления арочных прорезей в дополнительных плитах и в боковых стенках колпачков на смежных по высоте тарелках противоположное.

Предлагаемая конструкция струйной тарелки за счет своих отличительных признаков обеспечивает решение поставленной технической задачи повышение эффективности массообмена тарелки между газом (паром) и жидкостью.

На фиг.1 представлен продольный разрез колонны с колпачковыми тарелками, на фиг. 2 поперечный разрез в плоскости А-А фиг.1, на фиг.3 то же, в плоскости Б-Б фиг.1, на фиг.4 разрез по В-В фиг.2, на фиг.5 разрез по Г-Г фиг.2, на фиг.6 разрез по Д-Д фиг.2, на фиг.7 разрез по Е-Е- фиг.2.

Струйная тарелка содержит расположенную в вертикальной цилиндрической колонне 1 (фиг. 1-7) одна под другой горизонтальную круглую плиту 2 с центральным паровым патрубком 3, над которым осесимметрично установлен колпачек 4, в нижней части боковых стенок которого выполнены перфорации 5, над плитой 2 установлена сливная труба 6, в плите 2 выполнено отверстие, в которое плотно вставлена переливная труба 7, верхняя кромка которой расположена выше перфораций в боковых стенках колпачка 4, вокруг центрального парового патрубка 3 осесимметрично установлен в плите 2 полукольцевой паровой патрубок 8, над которым установлен полукольцевой колпачок 9 с перфорациями 10 в нижней части боковых стенок, над плитой 2 с тарелки между центральным 4 и полукольцевым 9 колпачками установлена горизонтальная дополнительная перфорированная плита 11, плотно прикрепленная к нижним кромкам центрального 4 и полукольцевого 9 колпачков, в плите 11 выполнено отверстие для переливной трубы 7, нижняя кромка сливной трубы 6 отстоит от дополнительной плиты 11 на расстоянии, равном одной четверти внутреннего диаметра сливной трубы 6, сливная труба 6 расположена над дополнительной плитой 11 между центральным колпачком 4 и краем полукольцевого колпачка 9, а переливная труба 7 расположена в плане тарелки между стенкой колонны 1 и другим краем полукольцевого колпачка 9.

Над дополнительной плитой 11 плотно установлена вертикальная перегородка 12, проходящая диаметрально над центральным колпачком 4 и над наружным периметром полукольцевого колпачка 9 до его края, где примыкает к стенке колонны, высота перегородки 12 равна расстоянию между тарелками по вертикали, перфорации 13 в дополнительной плите 11 выполнены в виде арочных прорезей выпуклостью вверх с осями, направленными от сливной трубы 6 в направлении к переливной плите 7 по каналу между боковыми стенками центрального 4 и полукольцевого 9 колпачков, перфорации 5 в боковых стенках центрального колпачка 4 и перфорации 10 в боковых стенках полукольцевого колпачка 9 выполнены в виде арочных прорезей выпуклостью наружу с направлениями осей под острым углом к вертикали вниз и в одну и ту же сторону, совпадающую с направлением осей арочных прорезей 13 в дополнительной плите 11, на нижерасположенной и вышерасположенной тарелках сливные 6 и переливные 7 трубы взаимно меняются местами по сравнению с данной тарелкой, причем каждая сливная труба 6 на данной тарелке является переливной трубой 7 на вышерасположенной тарелке, а каждая переливная труба 7 на данной тарелке является сливной трубой 6 на нижерасположенной тарелке, направление арочных прорезей 5, 10 и 13, соответственно, в боковых стенках центрального колпачка 4 и полукольцевого колпачка 9 и дополнительной плиты 11 на смежных по высоте тарелках колонны 1 противоположное. В плитах 2 тарелок выполнены дренажные отверстия диаметром 3 мм для слива жидкости с тарелок при остановке работа колонны 1 (не показано).

Струйная тарелка работает следующим образом.

Газ (пар) движется в колонне 1 (фиг. 1-7) снизу вверх проходит в слой жидкости через перфорации в виде арочных прорезей 5 в нижней части боковых стенок колпачка 4, через арочные прорези 10 полукольцевого колпачка 9 и через арочные прорези 13 в дополнительной плите 11, направленные в одну и ту же сторону расположения переливной трубы 7, при этом под действием кинетической энергии газа (пара) жидкость движется на дополнительной плите 11 по каналу между боковыми стенками центрального колпачка 4 и стенками полукольцевого колпачка 9, между стенками колонны 1 и стенками полукольцевого колпачка. Двухфазный поток газа (пара) и жидкости в виде струй, капель и пены ограждается также вертикальной перегородкой 12, что обеспечивает однонаправленное движение жидкости от сливной трубы 6 к переливной трубе 7 и значительное уменьшение продольного перемешивания жидкости на тарелке и увеличение времени пребывания жидкости на тарелке, что, как известно, обеспечивает повышение общей эффективности массообмена тарелки по Мерфри. На смежных по высоте тарелках в колонне 1 направления арочных прорезей 5, 10 и 13 противоположно, то и жидкость перемещается в противоположных направлениях, так как и сливные 6, и переливные трубы взаимно меняются местами на смежных по высоте колонны 1 тарелках. Наличие дополнительной плиты 11 приводит к нахождению в условиях работы на плите 2 жидкости, что обеспечивает стабильную эффективность массообмена струйной тарелки при нестабильных нагрузках по газу (пару) и жидкости и экономически оправдано, несмотря на некоторое усложнение конструкции тарелки и увеличение ее материалоемкости по сравнению с прототипом.

Использование: изобретение относится к конструкциям массообменных колонн для взаимодействия систем газ (пар)-жидкость, предназначенных для процессов абсорбции, ректификации, промывки газов и может найти применение в химической, нефтехимической, газовой и в других смежных отраслях промышленности. Сущность изобретения: струйная тарелка включает горизонтальную плиту круглого сечения, установленную в вертикальной цилиндрической колонне с центральным вертикальным паровым патрубком. Над центральным патрубком осесимметрично установлен колпачок, в нижней части боковых стенок которого выполнены перфорации. Над плитой установлена сливная труба. В плиту тарелки плотно вставлена переливная труба, верхняя кромка которой расположена выше перфорации в боковых стенках колпачка. Вокруг центрального парового патрубка осесимметрично установлен полукольцевой паровой патрубок, над которым установлен полукольцевой паровой колпачок с перфорациями в нижней части боковых стенок. Над плитой тарелки между центральным и полукольцевым колпачками установлена горизонтальная дополнительная перфорированная плита, плотно прикрепленная к нижним кромкам центрального и полукольцевого колпачков, с отверстием для переливной трубы. Над дополнительной плитой плотно установлена вертикальная перегородка. Перфорации в дополнительной плите выполнены в виде арочных прорезей выпуклостью вверх с осями, направленными от сливной трубы в направлении к переливной трубе. Перфорации в боковых стенках центрального и полукольцевого колпачков выполнены в виде арочных прорезей выпуклостью наружу с направлением осей под острым углом к вертикали вниз. 7 ил.

Струйная тарелка, включающая горизонтальную круглую плиту, установленную в вертикальной цилиндрической колонне с центральным вертикальным паровым патрубком, над центральным патрубком осесимметрично установлен колпачок, в нижней части боковых стенок которого выполнены перфорации, над плитой установлена сливная труба, в плиту тарелки плотно вставлена переливная труба, верхняя кромка которой расположена выше перфорации в боковых стенках колпачка, отличающаяся тем, что вокруг центрального парового патрубка осесимметрично установлен полукольцевой паровой патрубок, над которым установлен полукольцевой паровой колпачок с перфорациями в нижней части боковых стенок, над плитой тарелки между центральным и полукольцевым колпачками установлена горизонтальная дополнительная перфорированная плита, плотно прикрепленная к нижним кромкам центрального и полукольцевого колпачков, с отверстием для переливной трубы, нижняя кромка сливной трубы отстоит от дополнительной плиты на расстоянии, равном одной четверти внутреннего диаметра сливной трубы, сливная труба расположена между центральным колпачком и краем полукольцевого колпачка, а переливная труба расположена между стенкой колонны и другим краем полукольцевого колпачка, над дополнительной плитой плотно установлена вертикальная перегородка, проходящая диаметрально над центральным колпачком и над наружным периметром полукольцевого колпачка до его края, где примыкает к стенке колонны, высота перегородки равна расстоянию между тарелками по высоте колонны, перфорации в дополнительной плите выполнены в виде арочных прорезей выпуклостью вверх с осями, направленными от сливной трубы в направлении к переливной трубе по каналу между боковыми стенками центрального и полукольцевого колпачков, перфорации в боковых стенках центрального и полукольцевого колпачков выполнены в виде арочных прорезей выпуклостью наружу с направлением осей под острым углом к вертикали вниз и в одну и ту же сторону, совпадающую с направлением осей арочных прорезей в дополнительной плите, на нижерасположенной и высокорасположенной тарелках сливные и переливные трубы взаимно меняются местами по сравнению с данной тарелкой, направления арочных прорезей в дополнительных плитах и в боковых стенках колпачков на смежных по высоте тарелках противоположные.