ВИХРЕВАЯ ТАРЕЛКА Российский патент 1998 года по МПК B01D3/20 B01D3/22 B01D3/32 

Изобретение относится к конструкциям контактных 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, расположенными на плите тарелки [1].

Недостатком известной колпачковой тарелки является низкая эффективность массобмена по Мерфи вследствие продольного перемешивания жидкости, близкого к модели перемешивания жидкости на тарелке.

Наиболее близкой к заявляемой по технической сущности и достигаемому эффекту является вихревая тарелка, включающая устанавливаемую одна над другой в вертикальной цилиндрической колонне горизонтальную круглую плиту с центральным вертикальным паровым патрубком, на котором осесимметрично установлен колпачок, в нижней части боковых стенок которого выполнены перфорации, над плитой расположена вертикальная сливная труба, в плиту вставлена переливная труба, верхняя кромка которой расположена выше перфораций в боковых стенках колпачка, а нижняя часть является сливной трубой нижерасположенной тарелки [2].

Недостатком известной тарелки является недостаточно высокая эффективность массообмена по Мерфи 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 чего 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 вихревой тарелки по Мерфи за счет более тесного контакта газа (пара) и жидкости и за счет снижения продольного перемешивания жидкости на тарелке, устанавливаемой одна под другой в вертикальной цилиндрической колонне, включающей горизонтальную плиту круглого сечения с центральным вертикальным паровым патрубком с круглым колпачком с перфорациями в его боковых стенках, вертикальную сливную трубу, в трубу вставлена переливная труба, верхняя кромка которой расположена выше перфорации в боковых стенках колпачка, а нижняя часть является сливной трубой нижерасположенной тарелки, нижняя кромка вертикальной сливной трубы отстоит от плиты на величину, равную одной четверти внутреннего диаметра сливной трубы, вокруг центрального парового колпачка установлен полукольцевой паровой колпачок с перфорациями в нижней части боковых стенок, сливная труба расположена между центральным колпачком и краем полукольцевого колпачка, а переливная труба расположена между стенкой колонны и другим краем полукольцевого колпачка, на смежных выше- и нижерасположенных тарелках места расположения переливных и сливных труб взаимно меняются по сравнению с данной тарелкой, над плитой тарелки 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 плите тарелки 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 и стенками колонны, 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 плите тарелки, направления арочных прорезей в плитах и в боковых стенках колпачков на смежных по высоте тарелках противоположные.

Предлагаемая конструкция вихревой 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 вихревыми тарелками; на фиг. 2 - разрез А-А на фиг. 1; на фиг. 3 - разрез Б-Б на фиг. 1; на фиг. 4 - разрез В-В на фиг. 2; на фиг. 5 - разрез Г-Г на фиг. 2; на фиг. 6 - разрез Д-Д на фиг. 2; на фиг. 7 - разрез Е-Е на фиг. 2.

Вихревая тарелка содержит расположенную в вертикальной цилиндрической колонне 1 (фиг. 1-3) одну над другой горизонтальную круглую плиту 2 с центральным вертикальным паровым патрубком, над которым осесимметрично установлен колпачок 3, в нижней части боковых стенок которого выполнены перфорации 4. Над плитой 2 расположена вертикальная сливная труба 5, нижняя кромка которой отстоит от плиты 2 на расстоянии одной четверти внутреннего диаметра сливной трубы 5. В плиту 2 вмонтирована переливная труба 6, верхняя кромка которой расположена выше перфораций 4 в боковых стенках центрального колпачка 3, а нижняя часть переливной трубы 6 является сливной трубой 5 нижерасположенной тарелки. Вокруг центрального парового патрубка с колпачком 3 установлен осесимметричный полукольцевой паровой патрубок, над которым установлен полукольцевой паровой колпачок 7 с перфорациями 8 в нижней части боковых стенок. Сливная труба 5 расположена между центральным колпачком 3 и краем полукольцевого колпачка 7, а переливная труба 6 расположена между стенкой колоны 1 и другим краем полукольцевого колпачка 7. На смежных выше- и нижерасположенных тарелках места расположения сливной 5 и переливной 6 труб меняются по сравнению с данной тарелкой. Над плитой 2 тарелки плотно установлена вертикальная перегородка 9, проходящая диаметрально над центральным паровым колпачком 3 и над наружным периметром полукольцевого колпачка 7 до его края, где примыкает к стенке колонны 1. Высота перегородки 9 равна расстоянию между тарелками по вертикали в колонне 1. В плите 2 выполнены перфорации 10 в виде арочных прорезей выпуклостями вверх с осями, направленными от сливной трубы 5 в направлении к переливной трубе 6 по каналу между боковыми стенками центрального 3 и полукольцевого 7 колпачков и стенками колонны 1. Перфорации 4 и 8 соответственно в боковых стенках центрального колпачка 3 и полукольцевого колпачка 7 выполнены в виде арочных прорезей выпуклостями наружу с направлением осей под острым углом к вертикали вниз и в одну и ту же сторону, совпадающую с направлением осей арочных прорезей 10 в плите 2 тарелки. Направление арочных прорезей 4, 8 и 10 соответственно в боковых стенках колпачков 3 и 7 и в плите 2 на смежных по высоте тарелках противоположное.

Вихревая тарелка работает следующим образом.

Газ (пар) движется по колоне 1 снизу вверх, проходит через арочные прорези 10 в плите 2 тарелки, через арочные прорези 4 в нижней части боковых стенок парового колпачка 3 и через арочные прорези 8 в нижней части боковых стенок полукольцевого парового колпачка 7 в направлении от сливной трубы 5 по кольцевому каналу вокруг колпачка 3 и между полукольцевым колпачком 7 и стенками колонны 1 в сторону расположения переливной трубы 6, при этом на плите 2 тарелки происходит однонаправленное движение газа (пара) и жидкости, которая перемещается на тарелке от сливной 5 к переливной 6 трубе за счет кинетической энергии газа (пара), выходящего в виде струй из арочных прорезей 10, 4 и 8, направленных в одну и ту же сторону переливной трубы 6, и для перемещения жидкости на плите 2 тарелки не требуется наличие градиента высоты слоя жидкости, как на барботажных тарелках. На смежных по высоте колонны 1 вихревых тарелках направление движения жидкости от сливной трубы 5 к переливной трубе 6 противоположное, так как направление осей арочных прорезей 10, 4 и 8 противоположное и расположение сливной 5 и переливной 6 труб также противоположное.

Вследствие однонаправленного движения жидкости на плите 2 вихревой тарелки и ограждающего влияния вертикальной перегородки 9 продольное (обратное) перемешивание жидкости на тарелке значительно уменьшается по сравнению с прототипом, что обеспечивает значительное повышение эффективности массообмена по Мерфи вихревой тарелки, так как при полном перемешивании жидкости на тарелке общая эффективность массобмена тарелки по Мерфи будет равна локальной (точечной) эффективности, которая является теоретически минимальной величиной, в то время как при модели идеального вытеснения жидкости на тарелке общая эффективность массообмена тарелки по Мерфи принимает теоретически максимальное значение, которое может быть равно и больше 1.

Изобретение может быть использовано в химической, нефтехимической, газовой и в других смежных отраслях промышленности. Сущность изобретения: вихревая тарелка, устанавливаемая одна под другой в вертикальной цилиндрической колонне, включает горизонтальную круглую плиту с центральным вертикальным паровым патрубком, над которым осесимметрично установлен колпачок, в нижней части боковых стенок которого выполнены перфорации. Над плитой расположена вертикальная сливная труба, нижняя кромка которой отстоит от плиты на расстоянии, равном четверти внутреннего диаметра сливной трубы, в плиту вставлена переливная труба, верхняя кромка которой расположена выше перфораций в боковых стенках колпачка, а нижняя часть является сливной трубой нижерасположенной тарелки. Вокруг центрального парового патрубка установлен полукольцевой паровой патрубок, над которым установлен полукольцевой паровой колпачок с перфорациями в нижней части боковых стенок. Сливная труба расположена между центральным колпачком и краем полукольцевого колпачка, а переливная труба расположена между стенкой колонны и другим краем полукольцевого колпачка, на смежных выше- и нижерасположенных тарелках места расположения переливных и сливных труб взаимно меняются по сравнению с данной тарелкой, над плитой тарелки 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 плите тарелки 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 и стенками колонны, 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 плите тарелки, направления арочных прорезей в плитах и в боковых стенках колпачков на смежных по высоте тарелках противоположные. Устройство позволяет повысить эффективность массообмена между газом и жидкостью за счет увеличения времени пребывания жидкости в контакте с газом. 7 ил.

Вихревая тарелка, устанавливаемая одна под другой в вертикальной цилиндрической колонне, включающая горизонтальную круглую плиту с центральным вертикальным паровым патрубком, над центральным патрубком осесимметрично установлен колпачок, в нижней части боковых стенок которого выполнены перфорации, над плитой расположена вертикальная сливная труба, в плиту вставлена переливная труба, верхняя кромка которой расположена выше перфораций в боковых стенках колпачка, а нижняя часть является сливной трубой нижерасположенной тарелки, отличающаяся тем, что нижняя кромка вертикальной сливной трубы отстоит от плиты на расстоянии, равном 1/4 внутреннего диаметра сливной трубы, вокруг центрального парового патрубка установлен полукольцевой паровой патрубок, над которым установлен полукольцевой колпачок с перфорациями в нижней части боковых стенок, сливная труба расположена между центральным колпачком полукольцевого колпачка, а переливная труба расположена между стенкой колонны и другим краем полукольцевого колпачка, на смежных выше- и нижерасположенных тарелках места расположения переливных и сливных труб взаимно меняются по сравнению с данной тарелкой, над плитой тарелки 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 плите тарелки 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 колпачка и стенками колонны, 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 плите тарелки, направления арочных прорезей в плитах и в боковых стенках колпачков на смежных по высоте тарелках противоположное.