МАССООБМЕННАЯ ТАРЕЛКА Российский патент 1997 года по МПК B01D3/20 

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.

Известна колпачковая тарелка с диаметром переливом жидкости, включающая диск с диаметрально расположенными приемными и переливными карманами, снабженными сливными и переливными трубками паровыми патрубками и колпачками, расположенными на плите тарелки (Касаткин А.Г. Основные процессы химической технологии. М. Химия, 1971, с. 477).

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 предлагаемой по технической сущности и достигнутому эффекту является массообменная тарелка, включающая горизонтальную плиту круглого сечения с центральным отверстием, в которое установлен осесимметрично вертикальный паровой патрубок, на который установлен также осесимметрично на расстоянии от верхних кромок парового патрубка колпачок большого диаметра чем диаметр парового патрубка, нижние кромки колпачка отстоят на расстоянии от плиты тарелки для прохода пара, в нижней части колпачка по периметру выполнены перфорации для прохода пара, массообменная тарелка плотно устанавливается одна над другой в вертикальной цилиндрической колонне, над кольцевой частью плиты тарелки между стенкой колонны и колпачком установлена сливная труба для слива жидкости с верхней тарелки, в кольцевой части плиты тарелки выполнено отверстие, в которое плотно вставлена переливная труба для перелива жидкости с тарелки на нижерасположенную тарелку, причем верхняя кромка переливной трубы расположена выше уровня перфораций в боковых стенках парового колпачка (Климовский Д.Н. Стабников В.Н. Технология спирта, 3 изд. доп. и перераб./Под ред. А.Л. Мальченко. М. Пищепромиздат, 1960, с. 358).

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 только в боковых стенках колпака и имеет 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 на тарелке, включающей горизонтальную плиту круглого сечения с центральным отверстием, в которое установлен осесимметрично вертикальный паровой патрубок, и на который установлен также осесимметрично на расстоянии от верхних кромок парового патрубка колпачок большего диаметра чем диаметр парового патрубка, нижние кромки колпачка отстоят на расстоянии от плиты тарелки для прохода пара, в нижней части колпачка по периметру выполнены перфорации для прохода пара, в нижней части колпачка по периметру выполнены перфорации для прохода пара, массообменная тарелка плотно устанавливается одна над другой в вертикальной цилиндрической колонне, над кольцевой частью плиты тарелки между стенкой колонны и колпачков установлена сливная труба для слива жидкости с верхней тарелки, в кольцевой части плиты тарелки выполнено отверстие, в которое плотно вставлена переливная труба для перелива жидкости с тарелки на нижерасположенную тарелку, причем верхняя кромка переливной трубы расположена выше уровня перфораций в боковых стенках парового колпачка, между стенками колонны и стенками парового колпачка на уровне его нижней кромки плотно установлена дополнительная горизонтальная плита с отверстием для переливной трубы, в которой выполнены перфорации в виде арочных прорезей выпуклостью вверх, расположенные по концентрическим окружностям вокруг центра колонны, выходные отверстия арочных прорезей направлены в одну и ту же сторону, противоположную расположению сливной трубы на тарелке, перфорации в боковых стенках парового колпачка выполнены в виде арочных прорезей выпуклостью наружу с выходными отверстиями, направленными под острым углом к вертикали вниз в одну и ту же сторону, противоположную расположению сливной трубы на тарелке, сливная и переливная трубы установлены рядом и между ними и между стенками колонны и стенками парового колпачка плотно диаметрально установлена вертикальная перегородка, доходящая по ширине до противоположной боковой стенке парового колпачка, а по высоте перегородка равна расстоянию между тарелками в колонне по вертикали, расстояние между нижней кромкой сливной трубы и дополнительной плитой тарелки равно четвертой части внутреннего диаметра сливной трубы.

Предлагаемая конструкция массообменной 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 массообменными тарелками; на фиг. 2 поперечный разрез в плоскости А-А на фиг. 1; на фиг. 3 то же в плоскости Б-Б на фиг. 1; на фиг. 4 разрез по В-В на фиг. 2; на фиг. 5 разрез по Г-Г на фиг. 2; на фиг. 6 вид по Д-Д на фиг. 2.

Массообменная тарелка включает (фиг. 1-6) горизонтальную круглую плиту 1 круглой формы с центральным отверстием, в которое установлен центральный паровой патрубок 2, над которым закреплен осесимметрично на расстоянии от верхних кромок парового патрубка 2 паровой колпачок 3 больше внутреннего диаметра чем наружный диаметр первого патрубка 2, нижние кромки парового колпачка 3 отстоят от плиты 1 тарелки на расстоянии для прохода пара, в нижней части парового колпачка 3 по периметру выполнены перфорации для прохода пара, массообменная тарелка плотно устанавливается одна над другой в вертикальной цилиндрической колонне 4, над кольцевой частью каждой плиты 1 тарелки между стенкой колонны 4 и колпачком 3 установлена сливная труба 5 для слива жидкости с верхней тарелки, в кольцевой части каждой плиты 1 тарелки между стенкой колонны 4 и паровым колпачком 3 выполнено отверстие, в которое плотно установлена переливная труба 6 для слива жидкости с тарелки на нижерасположенную тарелку, причем верхняя кромка переливной трубы 6 расположена выше уровня перфораций в боковых стенках парового колпачка 3, между стенками колонны 4 и стенками парового колпачка 3 на уровне его нижней кромки плотно установлена дополнительная горизонтальная плита 7 с отверстием для прохода переливной трубы 6, в дополнительной плите 7 выполнены перфорации в виде арочных прорезей 8 выпуклостью вверх, расположенные по концентрическим окружностям вокруг центра колонны, выходные отверстия арочных прорезей направлены в одну и ту же сторону, противоположную расположению сливной трубы 5 на тарелке, перфорации в боковых стенках парового колпачка 3 выполнены в виде арочных прорезей 9 выпуклостью наружу с выходными отверстиями, направленными под острым углом к вертикали вниз в одну и ту же сторону, противоположную расположения сливной трубы 5 на тарелке, сливная 5 и переливная 6 трубы расположены на каждой тарелке рядом и между ними и между стенками колонны 4 и стенками парового колпачка 3 диаметрально плотно установлена вертикальная перегородка 10, доходящая по ширине до противоположной боксовой стенки парового колпачка 3, а по высоте перегородка 10 равна расстоянию между тарелками в колонне 4 по вертикали, расстояние между нижней кромкой сливной трубы 5 и дополнительной плитой 7 равно четвертой части внутреннего диаметра сливной трубы 5, причем переливная труба 6 каждой тарелки является сливной трубой 5 нижерасположенной тарелке, как и сливная труба 5 каждой тарелки является переливной трубой 6 вышерасположенной тарелки, переливная труба 6 самой нижней тарелки в колонне 4 погружена нижней частью в жидкость гидрозатвора для предупреждения попадания в переливную трубу 6 снизу пара, а сливная труба 5 самой верхней тарелки колонны 4 соединена с патрубком для подачи жидкости в колонну 4 из вне. В плитах 1 тарелок выполнены дренажные отверстия диаметром 3 мм для слива жидкости с плиты 1 тарелки при остановке колонны (не показано).

Массообменная тарелка работает следующим образом.

Газ (пар) движется в колонне 4 (фиг. 1-6) снизу вверх, проходит через паровые патрубки 2 и паровые колпачки 3 и через арочные прорези 9 паровых колпачков 3 и через арочные прорези 8 дополнительной плиты 7 в слой жидкости, в результате газ (пар) сообщает жидкости часть кинетической энергии и жидкость совершает движение в направлении от сливной трубы 5 к переливной трубе 6 по кольцевому каналу между стенками колонны 4 и паровым колпачком 3 так, что жидкость на плите 2 движется по модели, близкой к модели идеального вытеснения в отличие от прототипа тарелки барботажного типа, для которой характерным является продольное (обратное) перемешивание жидкости и направлении движения жидкости на тарелке. Для уменьшения продольного перемешивания жидкости на тарелке служит так же диаметрально расположенная вертикальная перегородка 10, которая препятствует перемещению жидкости через паровой колпачок 3 в направлении переливной трубы 6, а также препятствует перемещению жидкости из зоны переливной трубы 6, через колпачок 3 в зону сливной трубы.

Как известно, при отсутствии продольного перемещения (движение жидкости по модели идеального вытеснения) общая эффективность массообмена тарелки по Мерфри может быть равна и больше 1, в то время как модели полного перемешивания жидкости на тарелке общая эффективность массообмена тарелки по Мерфри равно локальной (точечной) эффективности, которая всегда меньше 1. Наличие на тарелке основной плиты 1 и дополнительной плиты 7 обеспечивает наличие постоянного уровня жидкости на плите 1 тарелки при различных нагрузках тарелки по жидкости и газу (пару) и даже при кратковременных остановках работы колонны 4, что обеспечивает стабильную эффективность массообмена колонны при переменных нагрузках по жидкости и газу (пару).

Наличие перфораций в виде арочных прорезей 8 в дополнительной плите 7 и арочных прорезей 9 в паровом колпачке 3 обеспечивает равномерное и тесное взаимодействие газа (пара) со всем объемом жидкости на тарелке, что обеспечивает высокую эффективность массообмена тарелки по Мерфри. Повышение эффективности массообмена тарелки по Мерфри способствует еще и увеличение времени пребывания жидкости на тарелке, движущейся на тарелке по модели, близкой к модели идеального вытеснения.

Использование: изобретение относится к конструкциям массообменных колонн для взаимодействия систем газ (пар) - жидкость, предназначенных для процессов абсорбции, ректификации, промывка газов и может найти применение в химической, нефтехимической, газовой и в других смежных отраслях промышленности. Сущность изобретения: массообменная тарелка включает горизонтальную плиту круглого сечения с центральным отверстием, в которое установлен осесимметрично вертикальный паровой патрубок, на который установлен также осесимметрично на расстоянии от верхних кромок парового патрубка колпачок большего диаметра чем диаметр парового патрубка. Нижние кромки колпачка отстоят на расстоянии от плиты тарелки для прохода пара. В нижней части колпачка по периметру выполнены перфорации для прохода пара. Массообменная тарелка плотно устанавливается одна над другой в вертикальной цилиндрической колонне. Над большой частью плиты тарелки между стенкой колонны и колпачком установлена сливная труба для слива жидкости с верхней тарелки, в кольцевой части плиты тарелки выполнено отверстие, в которое плотно вставлена переливная труба, причем верхняя кромка переливной трубы расположена выше уровня перфораций в боковых стенках парового колпачка. Новым в изобретении является наличие диаметральной перегородки над колпачком и перфораций в виде арочных прорезей выпуклостью вверх на плите тарелки с осями, направленными тангенциально от сливной к переливной трубе и арочных прорезей в нижних кромках колпачка выпуклостью наружу и под острым углом к вертикали в сторону переливной трубы. 6 ил.

Массообменная тарелка, включающая горизонтальную плиту круглого сечения с центральным отверстием, в которое установлен осесимметрично вертикальный паровой патрубок, на который установлен также осесимметрично на расстоянии от верхних кромок парового патрубка колпачек большего диаметра, чем диаметр парового патрубка, нижние кромки колпачка отстоят на расстоянии от плиты тарелки для прохода пара, в нижней части колпачка по периметру выполнены перфорации для прохода пара, массообменные тарелки плотно установлены одна над другой в вертикальной цилиндрической колонне, над кольцевой частью плиты тарелки между стенкой колонны и колпачком установлена сливная труба для слива жидкости с верхней тарелки, в кольцевой части плиты тарелки выполнено отверстие, в которое плотно вставлена переливная труба для перелива жидкости с тарелки на нижерасположенную тарелку, причем верхняя кромка переливной трубы расположена выше уровня перфораций в боковых стенках парового колпачка, отличающаяся тем, что между стенками колонны и стенками парового колпачка на уровне его нижней кромки плотно установлена дополнительная горизонтальная плита с отверстием для переливной трубы, в которой выполнены перфорации в виде арочных прорезей выпуклостью вверх, расположенные по концентрическим окружностям вокруг центра колонны, выходные отверстия арочных прорезей направлены в одну и ту же сторону, противоположную расположению сливной трубы на тарелке, перфорации в боковых стенках парового колпачка выполнены в виде арочных прорезей выпуклостью наружу с выходными отверстиями, направленными под острым углом к вертикали вниз в одну и ту же сторону, противоположную расположению сливной трубы на тарелке, сливная и переливная трубы установлены рядом и между ними и между стенками колонны к стенкам парового колпачка плотно диаметрально установлена вертикальная перегородка, доходящая по ширине до противоположной боковой стенки парового колпачка, а по высоте перегородка равна расстоянию между тарелками в колонне по вертикали, расстояние между нижней кромкой сливной трубы и дополнительной плитой тарелки равно четвертой части внутреннего диаметра сливной трубы.