КОЛПАЧКОВАЯ ТАРЕЛКА Российский патент 1997 года по МПК B01D3/20 

Изобретение относится к конструкциям массобменных колпачковых 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 диаметральным переливом жидкости, включающая диск с диаметрально расположенными приемным и переливным карманами, снабженными сливными и переливными трубами, паровыми патрубками и колпачками, расположенным 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 достигаемому эффекту является колпачковая тарелка, включающая горизонтальную плиту круглого сечения с центральным паровым круглым колпачком, перфорациями в боковых стенках колпачка, устанавливаемые одна над другой в вертикальной цилиндрической колонне тарелки, вертикальная сливная труба, устанавливаемая между стенками колонны и колпачка так, что нижняя кромка отстоит от плиты на величину, равную одной четверти внутреннего диаметра сливной трубы, а верхняя кромка расположена над плитой верхней тарелки, причем сливная труба плотно вмонтирована в плиту верхней тарелки между стенкой колонны и колпачком, вертикальная переливная труба, вмонтированная в плиту тарелки между стенкой колонны и колпачком так, что верхняя кромка отстоит от плиты тарелки, а нижняя кромка отстоит от плиты нижерасположенной тарелки на величину одной четверти внутреннего ее диаметра. (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 колпачковой 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 на тарелке, включающей горизонтальную плиту круглого сечения с центральным круглым колпачком, с перфорациями в боковых стенках колпачка, тарелки устанавливаются одна над другой в вертикальной цилиндрической колонне, вертикальную сливную трубу, устанавливаемую между стенками колонны и колпачка так, что нижняя кромка отстоит от плиты на величину, равную одной четверти внутреннего диаметра сливной трубы, а верхняя кромка расположена над плитой верхней тарелки, причем сливная труба плотно вмонтирована в плиту верхней тарелки между стенкой колонны и колпачком, вертикальная переливная труба, вмонтированная в плиту тарелки между стенкой колонны и колпачком так, что верхняя кромка отстоит от плиты тарелки, а нижняя кромка отстоит от плиты нижерасположенной тарелки на величину одной четверти внутреннего ее диаметра, сливная и переливная труба расположены рядом, между ними и между стенкой колонны и колпачком диаметрально расположена вертикальная перегородка шириной до противоположной боковой стенки колпачка и высотой, равной расстоянию между тарелками по вертикали, нижние кромки колпачка плотно прикреплены к плите тарелки, в плите тарелки между стенками колонны и боковыми стенками колпачка и между сливной и переливной трубами выполнены перфорации в виде арочных прорезей выпуклостями вверх, расположенных по концентрическим окружностям вокруг центра колпачка, с тангенциально направленными осями в одну и ту же сторону от сливной трубы, перфорации в боковых стенках колпачка выполнены в виде арочных прорезей выпуклостью наружу с осями, направленными под острым углом к вертикали вниз и в сторону направления осей арочных прорезей в плите тарелки.

Предлагаемая конструкция колпачковой 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 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.

Колпачковая тарелка содержит расположенную в вертикальной цилиндрической колонне 1 (фиг.1-6) горизонтальную круглую плиту 2, в центре которой выполнено осесимметрично отверстие, в которое над плитой 2 плотно установлен паровой колпачок 3 с перфорациями 4 в нижней части боковых стенок, плиты 2 тарелок поярусно расположены в колонне 1 по высоте, на плиту 2 тарелки сверху опущена сливная труба 5 для слива жидкости, устанавливаемая между стенками колонны 1 и колпачка 3 так, что нижняя кромка отстоит от плиты 2 на величину, равную не менее четверти внутреннего диаметра трубы 5, в плите 2 тарелки между стенками колонны 1 и колпачка 3 выполнено отверстие, в которое вмонтирована переливная труба 6, верхняя кромка которой расположена выше верхних кромок перфораций 4 в боковых стенках колпачка 3, сливная труба 5 и переливная труба 6 расположены рядом, а между ними и между стенками колонны 1 и стенками колпачка 3 установлена диаметрально вертикальная перегородка 7, касающаяся плотно крышки колпачка 3 и доходящая по ширине противоположной боковой стенки колпачка 3, а по высоте перегородка 7 равна расстояние между плитами 2 тарелок по вертикали, в плите 2 тарелки выполнены перфорации 8 в виде арочных прорезей выпуклостью вверх с осями, направленными тангенциально по концентрическим окружностям вокруг центра колпачка 3 в одну и ту же сторону, противоположную расположению сливной трубы 5, перфорации 4 в боковых стенках колпачка 3 также выполнены в виде арочных прорезей выпуклостью наружу колпачка 3 и с осями, направленными под острым углом вниз и в одну и ту же сторону, противоположную расположению сливной трубы 5 на плите 2 тарелки, сливная труба 5 нижерасположенной тарелки является переливной трубой 6 вышерасположенной тарелки.

Колпачковая тарелка работает следующим образом.

Пар (газ) движется в колонне 1 (фиг.1-6) снизу вверх, проходит через арочные прорези 8 в плите 2 и через арочные прорези 4 в нижней части боковых стенок парового колпачка 3 и увлекает жидкость в направлении от сливной трубы 5 по кольцевому пространству плиты 2 между стенками колонны 1 и боковыми стенками колпачка 3 в сторону переливной трубы 6, при этом жидкость в состоянии пены, струй и капель жидкости совершает кольцевое движение от сливной трубы 5 до переливной трубы 6 расположенных рядом и отгороженных одна от другой диаметральной перегородкой 7, так, что жидкость совершает движение, близкое к модели идеального вытеснения, при котором, как известно, достигается максимальная движущая сила процесса массообмена между газом (паром) и жидкостью и максимальная эффективность массообмена. Жидкость на тарелку в сливную трубу 5 поступает с вышерасположенной тарелки через верхние кромки переливной трубы 6, нижняя часть которой является сливной трубой 5. На самую верхнюю тарелку жидкость подается насосом в виде абсорбента (при абсорбции) или в виде флегмы (при ректификации).

Вследствие однонаправленного движения жидкости на тарелке под действием однонаправленного движения газа (пара) из арочных прорезей 8 и 4 в одну и ту же сторону от сливной 5 к переливной 6 трубе, обратное перемешивание жидкости на тарелке резко снижается, кроме того, диаметральная перегородка 7 также способствует снижению обратного перемешивания жидкости, что обеспечивает, как отмечалось, повышение эффективности массообмена колпачковой тарелке.

Для сравнения следует отметить, что для модели полного перемешивания жидкости на тарелке эффективность массообмена тарелки по Мерфри будет равна локальной (точечной) эффективности массообмена, которая будет вместе с тем и теоретически минимально возможной эффективностью для данных условий. Для модели идеального вытеснения жидкости на тарелке для тех же условий эффективность массообмена тарелки по Мерфри будет теоретически максимально возможной. Для реальных условий частичного обратного перемешивания жидкости на тарелке реальная эффективность массообмена тарелки по Мерфри принимает значение, которое будет больше теоретически минимально возможного значения и меньше теоретически максимального возможного значения.

Технические преимущества изобретения "Колпачковая тарелка" по сравнению с прототипом заключаются в резком снижении обратного перемешивания жидкости на тарелке, увеличении за счет этого движущей силы процесса и повышении эффективности массообмена между газом (паром) и жидкостью.

Общественно полезные преимущества изобретения "Колпачковая тарелка", вытекающие из технических преимуществ, по сравнению с прототипом, заключаются в повышении разделяющей способности колонны, обеспечивающей при прочих одинаковых условиях с прототипом более высокую частоту продуктов разделения в условиях ректификации, или меньшее рабочее флегмовое отношение, требующее, соответственно, меньшего удельного расхода тепла (греющего пара) на разделение ректификацией, кроме того обеспечивается более высокая чистота и качество целевых продуктов разделения, что в конечном итоге приводит к повышению качества и к снижению себестоимости продуктов разделения ректификацией или абсорбцией в сочетании с ректификацией.

Ожидаемый экономический эффект от использования предлагаемого изобретения "Колпачковая тарелка" по сравнению с прототипом может быть обеспечен за счет уменьшения флегмового отношения и соответствующего греющего водяного пара из котельной, возможным в результате более высокой эффективности массообмена тарелок колонны.

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: колпачковая тарелка включает горизонтальную плиту круглого сечения с центральным паровым круглым колпачком, с перфорациями в боковых стенках колпачка. Тарелки установлены одна над другой в вертикальной цилиндрической колонне. Вертикальная сливная труба установлена между стенками колонны и колпачка так, что нижняя кромка отстоит от плиты на величину, равную одной четверти внутреннего диаметра сливной трубы, а верхняя кромка расположена над плитой верхней тарелки. Сливная труба плотно вмонтирована в плиту верхней тарелки между стенкой колонны и колпачком, а вертикальная переливная труба вмонтирована в плиту тарелки между стенкой колонны и колпачком так, что верхняя кромка отстоит от плиты тарелки, а нижняя кромка отстоит от плиты нижерасположенной тарелки на величину одной четверти внутреннего ее диаметра. Новым в заявляемом изобретении является наличие диаметральной перегородки над колпачком и перфорацией 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.

Колпачковая тарелка, включающая горизонтальную плиту круглого сечения с центральным паровым круглым колпачком, с перфорациями в боковых стенках колпачка, устанавливаемые одна над другой в вертикальной цилиндрической колонне тарелки, вертикальную сливную трубу, устанавливаемую между стенками колонны и колпачка так, что нижняя кромка отстоит от плиты на величину, равную одной четверти внутреннего диаметра сливной трубы, а верхняя кромка расположена над плитой верхней тарелки, причем сливная труба плотно вмонтирована в плиту верхней тарелки между стенкой колонны и колпачком, вертикальную переливную трубу, вмонтированную в плиту тарелки между стенкой колонны и колпачком так, что верхняя кромка отстоит от плиты тарелки, а нижняя кромка отстоит от плиты нижерасположенной тарелки на величину одной четверти внутреннего ее диаметра, отличающаяся тем, что сливная и переливная трубы расположены рядом, между ними и между стенкой колонны и колпачком диаметрально расположена вертикальная перегородка шириной до противоположной боковой стенки колпачка и высотой, равной расстоянию между тарелками по вертикали, нижние кромки колпачка плотно прикреплены к плите тарелки, в плите тарелки между стенками колонны и боковыми стенками колпачка и между сливной и переливной трубами выполнены перфорации в виде арочных прорезей выпуклостями вверх, расположенных по концентрическим окружностям вокруг центра колпачка, с тангенциально направленными осями в одну и ту же сторону от сливной трубы, перфорации в боковых стенках колпачка выполнены в виде арочных прорезей выпуклостью наружу с осями, направленными под острым углом к вертикали вниз и в сторону направления осей арочных прорезей в плите тарелки.