Массообменная контактная тарелка Советский патент 1988 года по МПК B01D3/22 

СА9

ел

Ю

Изобретение относится к конструкциям контактных устройств для проведения массообменных процессов в системе газ (пар) - жидкость и может быть использовано в массообменных аппаратах спирт.овой, гидролизной, химической, нефтехимической и других отраслей промышленности.

Цель изобретения - повьшение эф- фективности массообмена за счет обеспечения оптимальной высоты слоя жидкости на тарелке, уменьшения брызго- уноса и устранения провала жидкости в зоне ее подачи на тарелку.

На фиг. 1 показана тарелка, вид сверху; на фиг. 2 - разрез А-А на фиг. 1; на фиг. 3 - разрез Б-Б на фиг. 1; на фиг. 4 - тарелка, общий вид; на фиг. 6 - то. же, в аксономет- рии; на фиг. 6-9 графики с указанными зависимостями.

Массообменная контактная тарелка состоит из плоскости 1 с чешуями арочного типа, приемной перегород- ки 2 с отражателем 3. В зоне слива жидкости на нижележащую тарелку установлена сливная перегородка 4 и сливной стакан 5, приемная перегородка 6 с зубцами 7 и отражателем 8.

Тарелка работает следующим образом.

Жидкость поступает с вышележащей тарелки через переливную перегородку 2 на отражатель 3, где приобрета ет начальную скорость, и попадает на чешуйчатую плоскость 1. Газ (пар), пройдя через чешуи, вступает в контакт с жидкостью и переносит ее в виде струй и брызг к сливной перегород ке 4. Жидкость стекает на нижележащую тарелку через сливной стакан 5.

Экспериментальное излучение предлагаемой тарелки и известной показало, что новая контактная тарелка работает более эффективно, чем известная.

Предлагаемая тарелка позволяет осуществлять процесс массообмена при различных диаметрах колонны в систе- мах газ (пар) - жидкость с большей эффективностью.

Согласно изобретению арочные чешу вьшолнены с углом среза передней кромки, равным 70-90 , который опре- деляется по зависимости oi А -In D где А 10, D - диаметр тарелки, мм, In D-натуральный логарифм от величины диаметра, а тьшьная сторона чешуи

вьтуклая с ра-диусом закругления, равным 0,3-0,4 длины чешуи. В зоне слива жидкости с тарелки установлена сливная перегор одка высотой, равной 0,02-0,06 диаметра тарелки, а в зоне подачи ее на тарелку установлена переливная перегородка с зубчатой верхней кромкой с отражателем.

При использовании предлагаемой контактной тарелки положительный эффект выражается в улучшении режима работы тарелки за счет обеспечения оптимальной высоты слоя жидкости на ней, уменьшения брызгоуноса и устранения провала жидкости в зоне подачи ее на тарелку.

Улучшение работы тарелок малых «и диаметров путем повышения запаса жидкости достигается путем подтор- маживания жидкости за счет изменения угла среза чешуи и установки сливной перегородки оптимальной высоты.

Эффективность тарелок, как установлено ранее, определяется величиной поверхности контакта фаз, которая зависит не только от степени диспергирования жидкости, но и от ее запаса на тарелке.

Основным критерием характеризующим работу тарелки, принят удельный запас жидкости на тарелке. Среднее время пребывания и удельный запас жидкости определялись при вероятцост но-статистической обработке кривых отклика системы на ступенчатое возмущение.

На основе экспериментальных данных получены зависимости удельного запаса жидкости на тарелке ( 5 ) от высоты сливной перегородки (h,) на чешуйчатой тарелке, которые свидетельствуют о том, что при длине рабочей части тарелки 1,315 м возрастание (при увеличении h г, незначительно (фиг. 7 и 6).

Приуменьшении рабочей длины тарелки до О.,843 м и изменение более существенно, причем с увеличением h более 20 мм наблюдается резкое возрастание S .

Дальнейшее уменьшение рабочей длины тарелки до 0,341 м приводит к резкому возрастанию величины 5 при увеличении h. Наиболее существенно это изменение при увеличении h свыше 30 мм.

Следовательно, при рабочей длине тарелки 0,843 м увеличение высоты

сливной перегородки целесообразно до 20 мм, а при длине 0,341 30 мм.

Немаловажное влияние на эффектив- ность работы KOHtaKTHoro устройства оказывает продольное перемешивание жидкости на прямоточных контактных устройствах. Степень продольного перемешивания жидкости на прямоточных контактных устройствах оценивают по величине дисперсии времени пребывания частичек жидкости относительно их среднего времени пребьшания.

Зависимость дисперсии от высоты. сливной перегородки для чешуйчатой тарелки показана на фиг.7. Общим для этих зависимостей является наличие экстремума (минимум дисперсии).

При рабочей длине тарелки 1,315 м минимум дисперсии при Ь„ равен 10мм При длине 0,843 м экстремум располагается в пределах высот перегородки 10-20 мм и с возрастанием нагрузки по жидкости смещается в сторону увеличения h . При рабочей длине тарелки 0,341 м с увеличением нагрузки по жидкости происходит смещение минимума дисперсии от 20 до 30 мм.

Таким образом, на чешуйчатьк тарелках необходимо устанавливать сливные перегородки, высота которых зависит от диаметра тарелки и может быть определена по формуле Ь„ (0,02-0,06)D, где D - диаметр, юл.

С увеличением диаметра колонны высота сливной перегородки должна быть уменьшена. При диаметре колонны 2 м целесообразно устанавливать перегородку высотой около 10 мм, что примерно равно высоте чешуи.

По эксперименташьным данным получены также зависимости удельного запаса жидкости на тарелке и дисперсии от угла среза чешуи. Зависимости аналогичны описанным выше. На основе полученных кривых пострсгна зависимост угла среза чешуи от диаметра тарелки (фиг.8). Из зависимости видно, что углы среза целесообразно изменять в пределах 50-90. Угол среза можно определить по эмпирической формуле Ы, A ln D, где А 10, D - диаметр тарелки, мм. Следовательно, необхо- димый угол среза чешуи зависит от диаметра тарелки.

Радиус закругления тыльной стороны чешуи определяется исходя из необходимости выхода пара через чешуи в направлении, наиболее приближенном к горизонтальному, и составляет 0,3- 0,4 длины чешуи.

В результате исследований получены зависимости дисперсии времени пребывания частичек жидкости (а следовательно, и эффективности) от величины угла среза чешуи (фиг.6). Ха- рактерньм для этих зависимостей является наличие экстремумов (минимумов дисперсии).

Путем интерполяции экспериментальных данных определены углы среза чешуи, при которых будет минимальная дисперсия. Так как необходимо на контактных устройствах обеспечить режим наилучшего вытеснения, характеризующийся минимальной дисперсией, то при правильном подборе угла среза чешуи можно добиться наибольшей эффективности работы чешуйчатых тарелок. Из зависимостей (фиг.6) путем интерполяции при помощи ЭВМ определены оптимальные значения углов среза чешуи при различных рабочих длинах тарелок

По полученным результатам построены зависимости, представленные на фиг. 9 (нагрузка по жидкости изменяется: Л - 5 .ч; 0-15 О - 25 . ч), из которых видно, что при изменении рабочей длины тарелки от 0,3 до 1,3м Хсоответствует изменению диаметра тарелки от 0,5 - до 1,8 м), углы среза целесообразно изменять в пределах 75-85 .

На лабораторной установке, с помощью которой производились исследования чешуйчатых тарелок, нет возможности исследовать тарелки диаметром менее 0,5 м и более 1,8 м. Но по характеру зависимостей (фиг.9) можно путем экстраполяции определить пределы изменения углов среза чешуи при изменении диаметра тарелок от О,1 до 4 м. При экстраполяции получены кривые, приведенные на фиг. 9 пунктиром. Использование чешуйчатых тарелок диаметром более 4 м нецелесообразно из-за существенного накопления жидкости на тарелке, неравно- мерностн распределения жидкости по длине тарелки. При необходимости создания колонн диаметром более 4 м целесообразно применять многосливные чешуйчатые тарелки.

Изобретение может быть использовано в массообменных аппаратах спиртовой, гидролизной, химической,нефтехимической и других отраслях промьипленности и позволяет повысить эффективность работы при малых диаметрах колонн за счет обеспечения оптимальной высоты слоя жидкости, уменьшить брызгоунос, устранить провал. Контактная тарелка включает .плоскость с чешуями арочного типа и приёмную и сливные перегородки. Чешуи вьшолнены с углом среза 70-90 , ко- торьш может быть определен по формуле oi, A-lnD, где D .- диаметр тарелки, мм, а тыльная сторона чешуи выпуклая с радиусом закругления равным 0,3-0,4 их длины. В зоне слива жидкости с тарелки установлена сливная перегородка высотой 0,02-0,06 диаметра тарелки, а в зоне подачи.ее приемная планка выполнена зубчатой и снабжена отражателем. 1 з.п. ф-лы, 9 ил. (Л

VUf.l

KJ

Фиг. 2

у

J

УЧ /У /Ч Л . Гх /Ч Л Asw

4v

ХЧ .хЛ уЛ, ,хА /Л Л. .ХЧ хЛ vA

Фиг.

Фиг. If

Фиг. 5

W 23 JS hn.fiM Ф1/г.7

е,град.

/0,Ъ 0,6 0.9 ераб.м

I

(Pu8.9

W1.5

Фиг.8

ffof fl