ТЕПЛОМАССООБМЕННАЯ ТАРЕЛКА Российский патент 2005 года по МПК B01D3/30 

Изобретение относится к устройствам для проведения тепломассообменных процессов и может использоваться в химической, пищевой и других отраслях промышленности, в частности для проведения процессов абсорбции, ректификации, пылегазоочистки, сушки зернистых материалов.

Известна массообменная тарелка, имеющая полотно, на котором закреплены переливные устройства, выполненные в виде циклонов с завихрителем. Завихритель состоит из полых V-образных лопастей, установленных по периметру циклона, заглушенных в нижней части и жестко закрепленных в полотне тарелки. Полости лопастей сообщаются с поверхностью тарелки по жидкой фазе. На трубе для вывода газа установлена многолопастная решетка. Под переливным устройством размещен отражательный диск. Газ с нижележащей тарелки проходит между полыми V-образными лопастями завихрителя, эжектирует жидкость, которая с полотна тарелки поступает в полость лопастей. Под действием центробежных сил газожидкостный поток отбрасывается к стенке переливного устройства, в конусной части его происходит разделение фаз. Жидкость накапливается в нижней части переливного устройства и стекает на нижележащий отражательный диск, а газ через трубу для выхода газа поступает на многолопастную решетку, турбулизируется в ней и мелко диспергирует жидкость, поступающую с вышележащего отражательного диска. Капли жидкости коагулируются и под действием сил тяжести частично падают на полотно тарелки, а частично вместе с газом поступают через завихритель в переливное устройство, но после разделения фаз они возвращаются на тарелку (см а.с. №703111, М. кл.² В 01 D 3/30, БИ №46, 15.12.79).

Существенным недостатком известной массообменной тарелки является то, что жидкость подается по всей длине V-образных лопастей, и часть жидкости проходит тарелку непрореагированной, что снижает эффективность работы массообменной тарелки. При малых скоростях газа возможен большой провал жидкости, что ограничивает работу тарелки по минимальной скорости газа в завихрителе.

Задачей данного изобретения является создание тепломассообменной тарелки, работающей с высокой эффективностью при малом гидравлическом сопротивлении в более широком диапазоне изменения режимов работы тарелки.

Поставленная задача достигается тем, что в тепломассообменной тарелке, включающей полотно и установленное на нем переливное устройство с завихрителем, состоящим из лопастей, установленных по периметру циклона, заглушенных в нижней части и жестко закрепленных верхней частью в полотне, отверстия для подвода жидкости, трубу для выхода газа и отражательный диск, размещенный под переливным устройством, завихритель выполнен из вертикальных тангенциальных лопастей, на внутренних поверхностях которых установлены горизонтальные пластины, причем лопасти имеют ширину, выходящую за точку касания лопасти к внутреннему диаметру завихрителя, между полотном тарелки и первой нижележащей горизонтальной пластиной расположена вертикальная пластина, над полотном тарелки расположено фальшдно.

Сущность изобретения поясняется чертежами, на которых представлен продольный разрез тепломассообменной тарелки (фиг.1), сечение А-А на фиг.1 (фиг.2), сечение Б-Б на фиг.1 (фиг.3), завихритель (фиг.4), график зависимости радиуса завихрителя от относительной ширины лопасти при постоянной площади щелей завихрителя для двенадцати лопастей (фиг.5).

Тепломассообменная тарелка (фиг.1, 2, 3) содержит полотно 1, установленное на нем переливное устройство 2 с завихрителем, состоящим из лопастей 3, закрепленных верхней частью в полотне и заглушенных в нижней части, трубу для выхода газа 4 и отражательный диск 5, размещенный под переливным устройством. На лопастях завихрителя с внутренней стороны установлены горизонтальные пластины 6, а в полотне тарелки имеются V-образные отверстия 7 для подвода жидкости в V-образный канал 8, образованный лопастью 3 и вертикальной пластиной 9, расположенной по высоте между полотном тарелки 1 и первой нижележащей горизонтальной пластиной 6. Для создания благоприятных условий поступления жидкости с вышележащей тарелки в завихритель и для избежания барботажа газа через переливные V-образные отверстия над полотном тарелки установлено фальшдно 10.

На фиг.4 видно, что лопасти установлены тангенциально к окружности завихрителя радиусом R_зав (т.е. перпендикулярно радиусу R_зав), причем ширина лопасти “в” выходит за точку касания “С” ее к окружности (“в”>“а”), где “а” - ширина лопасти от ее начала на внешнем диаметре завихрителя до точки касания ее с внутренним диаметром завихрителя, “в” - общая ширина лопасти. Что позволяет конструировать завихрители большего диаметра при сохранении площади тангенциальных сопел и скорости газа в них, по сравнению с известными завихрителями. Увеличение диаметра завихрителя приводит к увеличению диаметров как переливного устройства 2, так и трубы для выхода газа 4, что позволяет снизить скорость газа в них и, как следствие, уменьшить гидравлическое сопротивление тарелки в целом. При одновременном увеличении диаметра завихрителя и ширины лопасти площадь сечения щелей и скорость газа в них остаются постоянными.

Подача жидкости с вышележащей тарелки осуществляется не по всей длине лопасти, а только на верхнюю горизонтальную пластину, что позволяет подаваемой жидкости взаимодействовать с газом по всей высоте завихрителя, что повышает эффективность тарелки.

Вместо V-образных лопастей используются вертикальные тангенциальные лопасти, а увеличение сечения щелей завихрителя, образованных лопастями компенсируется удлинением лопасти от точки касания “С” до необходимой ширины щелей (фиг.3, 4).

На фиг.5 показана зависимость радиуса завихрителя (R_зав) от относительной ширины лопасти “у” при постоянной площади щелей завихрителя для двенадцати лопастей, т.е. у=в/а - это отношение общей ширины лопасти к ширине лопасти от ее начала на внешнем диаметре завихрителя до точки касания ее с внутренним диаметром завихрителя. Например, рабочие скорости газа в щелях завихрителя в случае при у=1, R_зав=100 мм и при у=1,4 R_зав=394 мм будут равны, а скорость газа в сечениях переливного устройства и трубы для выхода газа снизится в:

Тепломассообменная тарелка работает следующим образом.

Газ, проходя через щели между лопастями 3, раскручивается, эжектирует жидкость из V-образных каналов 8, которая поступает с полотна тарелки 1 на верхнюю горизонтальную пластину 6, срывает жидкость с поверхности пластины и диспергирует ее. На внутренней поверхности завихрителя образуется вращающийся высокотурбулизированный капельный слой жидкости, который взаимодействует с вновь входящими порциями газового потока. В процессе вращения газожидкостного слоя часть жидкости перебрасывается на нижележащую горизонтальную пластину 6, а часть остается на том же уровне, из-за чего повышается удерживающая способность и время пребывания жидкости в зоне контакта. Газожидкостный поток, пройдя лопасти завихрителя 3, доходит до переливного устройства 2, где жидкость под действием центробежных сил отжимается к стенке, а газ идет вниз, разворачивается и через трубу для выхода газа 4 поступает на следующую тарелку. Жидкость, отсепарировавшись, стекает в нижнюю конусную часть переливного устройства 2 и через отражательный диск 5 взаимодействует с газовым потоком, выходящим с нижележащей тарелки, затем попадает на фальшдно 10, перетекает на полотно тарелки 1 и через V-образные отверстия 8 вновь поступает в завихритель.

При работе тарелки в системе газ - твердое вещество (зерно) принцип работы остается таким же, при выполнении условий перетекания зерна на тарелке.

Преимуществом предлагаемой тепломассообменной тарелки является: увеличение удерживающей способности и, как следствие, повышение эффективности тарелки за счет использование горизонтальных пластин, уменьшение гидравлического сопротивления тарелки за счет увеличения диаметра переливного устройства и трубы для выхода газа при сохранении скорости газа в щелях лопастей.

Изобретение относится к устройствам для проведения тепломассообменных процессов и может использоваться в химической, пищевой и других отраслях промышленности, в частности для проведения процессов абсорбции, ректификации, пылегазоочистки, сушки зернистых материалов. Тепломассообменная тарелка содержит полотно 1, установленное на нем переливное устройство 2 с завихрителем, состоящим из лопастей 3, закрепленных верхней частью в полотне и заглушенных в нижней части, трубу для выхода газа 4 и отражательный диск 5, размещенный под переливным устройством. В тепломассообменной тарелке завихритель выполнен из вертикальных тангенциальных лопастей, на внутренних поверхностях которых установлены горизонтальные пластины, причем лопасти имеют ширину, выходящую за точку касания лопасти к внутреннему диаметру завихрителя, между полотном тарелки и первой нижележащей горизонтальной пластиной расположена вертикальная пластина, над полотном тарелки расположено фальшдно. Тепломассообменная тарелка работает с высокой эффективностью при малом гидравлическом сопротивлении в широком диапазоне изменения режимов работы тарелки. 5 ил.

Тепломассообменная тарелка, включающая полотно и установленное на нем переливное устройство с завихрителем, состоящее из лопастей, установленных по периметру циклона, заглушенных в нижней части и жестко закрепленных верхней частью в полотне, отверстия для подвода жидкости, трубу для выхода газа и отражательный диск, размещенный под переливным устройством, отличающаяся тем, что завихритель выполнен из вертикальных тангенциальных лопастей, на внутренних поверхностях которых установлены горизонтальные пластины, причем лопасти имеют ширину, выходящую за точку касания лопасти к внутреннему диаметру завихрителя, между полотном тарелки и первой нижележащей горизонтальной пластиной расположена вертикальная пластина, а над полотном тарелки расположено фальшдно.