Массообменная тарелка Советский патент 1984 года по МПК B01D3/16 

Изобретение относится к аппаратуному оформлению массообменйых процессов в системах пар (газ) - жидкость, а более конкретно к барботажным тарельчатым колоннам, применяющимся для проведения процессов ректификации, дистилляции, абсорбци и др.

Известна массообменная. тарелка различных типов с сегментными переливными устройствами 1J.

Недостатком тарелки является неравномерность скорости движения жидкости в поперечном направлении. jB центральной части тарелки скорост движения жикдости в сторону сливного кармана как правило заметно превьшает скорость ее движения в Пристенных областях тарелки. При этом локальный расход жидкой фазы в центре тарелки выше, чем у стенок колонны Это явление приводит к образовйниго обратньк потоков жидкости вблизи стенок колонны и порождает вредные циркуляционные контуры и застойные зоны, способствует каналообразованию. Кроме того, около приемной и сливной перегородок образуются зоны полного перемешивания жидкости. Все это сущест1венно снижает эффективность разделения отдельной тарелки и колонны в целом что особенно резко проявляется в аппаратах большого диаметра.

Известны тарелки с направленным вводом газа, в которых достигается частичное выравнивание профиля скорости движения жидкости в поперечном направлении 2.

Однако при этом не удается устранить зоны полного перемешивания жидкости около приемной и сливной перегородок. Кроме того, наличие отверстий щелевого типа, ориентированных под различными углами в плоскости тарелки, существенно усложняет ее изготовление.

Наиболее близкой по технической сущности к предлагаемой является конструкция тарелки, содержащая основание, снабженное контактными элементами, приемный и сливной карманы, а также приемную и сливную перегородки, у которой перегородка приемного кармана снабжена направляющими пластинами, предназначенными для устранения градиента скорости движения жидкости Р поперечном

направлении за счет организации направленного движения жидкости на тарелке 3.

Однако известная конструкция не может обеспечить равномерное движение жидкости по всему полотну тарелки, поскольку направляющие пластны недостаточно интенсифицируют ее движение в пристенных областях. При этом полностью сохраняются зоны полного перемешивания -жидкой фазы, около перегородок приемрюго и сливного карманов.

Цель изобретения - интенсификаци процесса массообмена путем ликвидации зон полного перемешивания жидкости около приемной и сливной перегородок и .устранения поперечной неравномерности скорости движения жидкостного потока на тарелке.

Указанная цель достигается тем, что в массообменной тарелке, содержащей основание, снабженное контактными элементами, приемный и сливной карман, а также приемную и сли1зную перегородки, приемная и сливная перегородки имеют форму ломаной линии, причем углы между соседними участками ломаной линии и углы-, образованные биссектрисами этих углов и продольной осью тарелки, возрастают от центра тарелки к периферии.- ,

Приемная и сливная перегородки, выполненные в виде ломаной линии, обеспечивают устранение зон полного перемешивания на входе и выходе тарелки, разрушая циркуляционные контуры, образующиеся на этих участках. Положительный эффект достигается за счет развитой поверхности приемной и сливной перегородокj что снижает нагрузки по жидкости на единицу их длины и способствует более интенсивному транспорту жидкой фазы из этих зон. Углы сС между соседними участками линии выполняются различными и увеличиваются от центра тарелки к периферии, причем углы f , образованные биссектсами углов сС и продольной осью тарелки, также возрастают от центра тарелки к периферии. Это связано ,с необходимостью перераспределения жидкой фазы по полотну тарелки таким образом, чтобы профиль скорости жидкости в поперечных сечениях тарелки имел линейным хлрлктср, что имеет место при одинаковых локальных расходах жидкости в каждой точке жидкостного фронта. Учитывая, что в обычных условиях локальный расход жидкости возрастает по мере приближения к продольной оси тарелки, для устранения поперечной неравномерности необходимо увеличить приток жидкости в области, примыкающей к стенкам колонны. Увеличение углов оС между соседними участками ломаной линии от центра тарелки и периф рии способствует увеличению расхода ркидкости через перегородки в этом же направлении, а возрастание углов сС между биссектрисами углов р и продольной осью тарелки позволяет равномерно распределить поток жидкос ти по полотну тарелки. Таким образом удается устранить зоны полного перемешивания около приемной и сливной перегородок и градиент скорости движения жидкости в поперечном направлении, что позволяет существенно повысить эффективность разделения отдельной тарелки и колонного аппарата в целом. При этом предлагаемая конструкция массообмеиной тарелки не ведет к увеличений металлоемкости и практически не влияет на стоимость изготовления тарелок. Кроме того, предлагаемая массообменная тарелка «может эффективно использоваться при работе в условиях повышенных нагрузок по жидкой фазе. В этом случае перегородка сливного кармана устанавливается таким образом, что она перекрывает не только рабочую часть тарелки, но и частично зону . сливного кармана. Значительная длина линии слива в совокупности с деаэрационным эффектом, которым обладает перегородка, выполненная в виде ломаной линии, позволяет повышать предельные нагрузки по жидкости на 10-20%. На фиг. 1 представлена тарелка, общий вид; на фиг. 2 - то же, продол ный разрез; -на фиг. 3 - сливной кармай тарелки для случая ее работы в у .ловиях повышенной нагрузки по жидкой фазе, вид в Ш1ане, (стрелкой указано направление движения жидкой фазы). Тарелка содержит основание 1, снабженное контактными элементами 2, приемный 3 и сливной А карманы, а также приемную 5 и сливную 6 перегородки. Углы оС между соседними участками ломаной линии и углы , образованные биссектрисами углов сС и продольной осью тарелки, возрастают от центра тарелки к периТарелка работает следующим образом. Жидкость поступает в приемный карман 3 и, пройдя через приемную перегородку 5, попадает на основание 1 тарелки, снабженное контактными элементами 2.Приемная перегородка,представляющая собой совокупность.-, . ..., Элементов ломаной линии, образующи.х ряд углов оС , растворы которых уве.личиваются от центра тарелки к периферии, обеспечивает более интенсивный приток жидкости в пристенные области тарелки, а увеличение от центра к периферии углов , образованных биссектрисами углов еС и продольной осью тарелки, позволяет обеспечить плавное выравнивание локальных расходов жидкости по фронту ее движения и следовательно, профиля скоростей в поперечных сечениях тарелки. Газ (пар), поступающий на тарелку через отверстия в ней, интеясивно взаимодействует с жидкостью, находящейся на тарелке. Проконтактировавшая жидкость, пройдя через сливную перегородку 6, сбрасывается в сливной карман 4, а паровой (газовый) поток устренпяется на вьш1ележащую тарелку. . Перегородка сливного кармана, выполненная в виде ломаной линии с углами между отдельными ее элементами, возрастающими от центра тарелки к периферии, обеспечивает разрушение циркуляционного контура и жидкости на выходе тарелки и, следовательно, зоны полного перемешивания около сливной перегородки, а также способствует устойчивости безградиеитного течения жидкости в поперечных сечениях тарелки. Улучшение структуры жидкостного потока на тарелке, связанное с устранением зон полного перемешивания жидкости около.приемной и сливной перегородок и .гтиквидацией неравномерности скорости движения жидкости в поперечном направлении, обеспечивает работу тарелки в режиме, приближающемся к полному вытеснению по жидкости, что повьш1ает эффективность разделения отдельной тарелки на 10-25%.

-v

п

Лг

МАССООБМЕННАЯ ТАРЕЛЮ для осуществления непрерывного контак ; та между паром (газом) и жидкостью, содержащая основание, снабженное контактными элементами, приемный и сливной карманы и приемную и сливную перегородки, отличающаяся тем, что, с целью интенсификации массообмена путем устранения зон полного перемешивания жидкости около приемной и сливной перегородок и устранения поперечной неравномерности скоррсти движения жидкостного потока на тарелке, приемная и сливi ная перегородки имеют форму ломакой линии, причем углы между соседними (Л участками ломаной линии и углы, образованные биссектрисами этими углов и продольной осью тарелки, возрастают от центра тарелки к периферии.