ОПОРНО-РАСПРЕДЕЛИТЕЛЬНАЯ ТАРЕЛКА Российский патент 2021 года по МПК B01J8/18 B01D3/20 B01D24/36 

Изобретение относится к опорно-распределительным устройствам для аппаратов с псевдоожиженным слоем твердых части, используемых для разделения систем жидкость-твердое или газ-твердое, а именно к конструкции колпачков для тарельчатых колонн, и может найти применение в. установках очистки питьевой воды и сточных вод, в химической, нефтехимической, фармацевтической и других отраслях промышленности.

Как правило, опорно-распределительные устройства (тарелки) используются для распределения потока жидкости после прекращения ее подачи и для поддержания слоя твердых частиц. Наибольшее распространение получили колпачковые тарелки, представляющие собой диск с расположенными по его сечению вертикальными патрубками определенной высоты, на которые устанавливаются колпачки так, что снизу между колпачком и диском образуется щель, через которую под слой жидкости вводится газовая среда (ОСТ 26-01-86). В процессах в системе жидкость-твердое размеры колпачка (высота патрубка, внутренний перелив и высота самого колпачка определяются свойствами загрузки при оседании.

Так, известны колпачковые тарелки, используемые для осуществления массообменных процессов для систем «жидкость-пар (А.Г. Касаткин. «Основные процессы технической технологии». М.: Химия, 1971, с. 452).

Эти массообменные многоколпачковые тарелки выполнены с паровыми патрубками, колпачками с зубчатыми краями или арочными прорезями и сливными патрубками.

Известен также контактный элемент колпачковой тарелки, включающий паровой патрубок, колпачок, выполненный в виде цилиндрического стакана с прорезями (US 4146950, 1979).

Известны также колпачковые тарелки (RU 2214852, 2003; RU 2500452, 2013), состоящие из оснований в форме диска, барботажных колпачков, переливных труб и гидрозатвора.

Упомянутые контактные элементы колпачковой тарелки указанных конструкций недостаточно эффективны для обеспечения надежного протекания массообменного процесса при разделении смеси на жидкую и паровую фазу.

Более эффективный теплообмен достигается в реакторах с псевдоожиженным слоем. Реактор с псевдоожиженным слоем представляет собой вертикальную цилиндрическую колонну с расположенной внизу специальной распределительной системой для ввода очищаемой воды и реагентов.

Подача реагента осуществляется в толщу псевдоожижение слоя загрузки над дренажными колпачками. При этом вся поверхность тарелки омывается водой. Благодаря интенсивному перемешиванию псевдоожиженного слоя вводимые разными путями реагенты распределяются по сечению аппарата.

В рабочем состоянии вода, подаваемая через патрубок трубопровода-подачи воды в аппарат, свободно проходит через тарелку по патрубку ввода воды поднимаясь до конца патрубка и проделав зигзагообразный путь под дренажным колпачком, вводится снизу псевдоожиженного слоя, через отверстия над поверхностью тарелки. При остановке реактора слой загрузки оседает и заполняет все свободное пространство, но из-за явления «естественного откоса», он не может подняться внутри колпачка выше определенного уровня.

Недостатком тарелки является то, что при ее использовании в псевдоожиженном слое наблюдается интенсивное перемешивание в вертикальном направлении, однако по сечению аппарата перемешивание незначительно. Поэтому равномерное распределение реагентов по сечению наблюдается только в верхних слоях загрузки на значительной удалении от тарелки, что снижает эффективность работы реактора.

Задачей, решаемой настоящим техническим решением, является повышение эффективности работы реактора.

Для решения данной задачи предлагается совершенствование конструкции колпачков и их размещения на основании тарелки.

Технический результат достигается тем, что предлагаемая опорно-распределительная тарелка для аппаратов с псевдоожиженным слоем твердого материала, содержащая основание в виде диска, снабженное отверстием для выгрузки контактирующей загрузки, и размещенные на поверхности диска дренажные колпачки, основанные на явлении «естественного откоса», которые установлены на патрубках ввода, таким образом, что ввод воды выполняется выше нижнего отверстия колпачка на высоту, большую, чем может подняться твердый зернистый материал, например, песок, после его осаждения, и снабженные устройствами для крепления колпачка, отрегулированными таким образом, что в ходе работы нижняя часть колпачков прижата к диску, причем в нижней части колпачков выполнены прорези, а сами колпачки, установлены на диске таким образом, что их прорези направлены в одну сторону по окружности диска.

Прорези могут представлять собой щели разного типа в виде одного или нескольких отверстий, расположенных с одной стороны колпачка, составляющие в совокупности от 1/30 до 1/2 окружности колпачка.

Такое расположение способствует образованию потоков жидкости, вытекающей из-под колпачка, которые сдвигают и перемешивают нижние слои псевдоожиженного материала в горизонтальном сечении над тарелкой и, соответственно, к быстрому распределению реагента по сечению, что позволяет повысить эффективность очистки, и снизить высоту рабочей зоны аппарата и сократить его вес.

При размере прорези менее 1/30 и более 1/2 окружности образуются потоки или недостаточной величины, или недостаточной скорости, в результате чего их влияние на прилегающие к колпачкам слои псевдоожиженного материала становится незначительным.

При размере прорези более 1/2 окружности, не образуются потоки, направленные в одну сторону по окружности диска.

Для предотвращения накопления слоя загрузки внутри колпачка с противоположной стороны от прорезей выполнены щели или отверстия с проходным сечением не более 15% от основных отверстий.

Общий вид дренажного колпачка приведен на фиг. 1, направление потоков - на фиг. 2; схема расположения колпачков на основании тарелки приведена на фиг. 3. На фиг. 4 показано состояние колпачков при остановке реактора, на фиг. 5 - вариант колпачка при наличии дополнительного отверстия для промывки внутренней полости колпачка. При этом используются следующие обозначения: 1 - основание тарелки; 2 - патрубок для ввода жидкости; 3 - колпачок; 4 - прорезь; 5 - потоки жидкости; 6 - патрубок выгрузки слоя материала загрузки; 7 - псевдоожиженный слой загрузки; 8 - осевший сплошной слой; 9 - уровень заполнения колпачка при остановке; 10 - отверстие для промывки внутренней полости колпачка.

Тарелка, фиг. 1, состоит из основания 1, через которые проходят пат- рубки для ввода жидкости 2, на которые установлены колпачки 3, закрепленные так, что их нижний край касается основания 1, причем часть нижнего края вырезана, образуя с одной стороны колпачка прорезь 4 в виде отверстий или щели. На основании 1 имеется рабочее отверстие для выгрузки мелко- зернистого материала 6 и по поверхности равномерно распределены колпачки 3 таким образом, чтобы выходящие из прорезей 4 потоки жидкости 5 были направлены в одну сторону по окружности основания 1.

Тарелка работает следующим образом. В рабочем состоянии вода, по- даваемая через патрубок для ввода жидкости 2 свободно проходит через тарелку внутрь колпачка 3, закрепленного на основании 1, и, проделав зигзагообразный путь под дренажным колпачком образует поток 5, исходящий из прорези 4 под низ слоя, приводя его в состояние псевдоожижения 7 и обеспечивая его движение и перемешивание в горизонтальном направлении. При остановке реактора псевдоожиженный слой оседает в виде сплошного слоя 8 и заполняет нижнюю часть свободного пространства внутри колпачка, но из-за явления «естественного откоса», он не может подняться выше определенного уровня 9, как показано на фиг. 4.

Для предотвращения накопления слоя загрузки внутри колпачка может быть предусмотрена промывка его внутренней полости для чего на стороне противоположной выходному отверстию в колпачке 3 может быть выполнены отверстия 10, как показано на фиг. 2 и 5, с общей площадью не более 15% от основных отверстий. При общей площади отверстий большей 15% от основных отверстий, выходящие из них струи блокируют образование движения, направленного в одну сторону по окружности диска. При меньшей, частицы загрузки могут блокировать отверстия.

Проведенные эксперименты показали, что использование заявляемой тарелки обеспечивает повышение эффективности аппарата на 15-25% или создает возможность сокращения его высоты на 10-15%.

Изобретение относится к опорно-распределительным устройствам для аппаратов с псевдоожиженным слоем твердых частиц, используемых для разделения систем жидкость-твердое или газ-твердое, а именно к конструкции колпачков для тарельчатых колонн, и может найти применение в установках очистки питьевой воды и сточных вод, в химической, нефтехимической, пищевой, фармацевтической и других отраслях промышленности. Опорно-распределительная тарелка для аппаратов с псевдоожиженным слоем твердого материала содержит основание в виде диска, снабженное отверстием для выгрузки контактирующей загрузки, и размещенные на поверхности диска дренажные колпачки, установленные с учетом явления «естественного откоса» на патрубках ввода таким образом, что ввод воды выполняется выше нижнего отверстия колпачка на высоту, большую чем может подняться слой твердого зернистого материала после его осаждения, и снабженные устройствами для крепления колпачков. В нижней части прижатых к диску колпачков выполнены прорези, а сами колпачки установлены на диске таким образом, что их прорези направлены в одну сторону по окружности диска. Прорези могут представлять собой щели или одно или несколько отверстий, расположенных с одной стороны колпачка, составляющие в совокупности от 1/30 до 1/2 окружности колпачка. С противоположной стороны от прорезей выполнены щели или отверстия с проходным сечением не более 15% от основных отверстий. Технический результат: повышение эффективности работы аппаратов на 15-25%, сокращение их высоты на 10-15%. 2 з.п. ф-лы, 5 ил.

1. Опорно-распределительная тарелка для аппаратов с псевдоожиженным слоем твердого материала, содержащая основание в виде диска, снабженное отверстием для выгрузки контактирующей загрузки, и размещенные на поверхности диска дренажные колпачки, установленные с учетом явления «естественного откоса» на патрубках ввода таким образом, что ввод воды выполняется выше нижнего отверстия колпачка на высоту, большую чем может подняться слой твердого зернистого материала после его осаждения, и снабженные устройствами для крепления колпачков, отличающаяся тем, что в нижней части прижатых к диску колпачков выполнены прорези, а сами колпачки установлены на диске таким образом, что их прорези направлены в одну сторону по окружности диска.

2. Опорно-распределительная тарелка по п. 1, отличающаяся тем, что прорези могут представлять собой щели или одно или несколько отверстий, расположенных с одной стороны колпачка, составляющие в совокупности от 1/30 до 1/2 окружности колпачка.

3. Опорно-распределительная тарелка по п. 1, отличающаяся тем, что с противоположной стороны от прорезей выполнены щели или отверстия с проходным сечением не более 15% от основных отверстий.