Прямоточная контактная тарелка для взаимодействия газа с жидкостью Советский патент 1979 года по МПК B01D3/26 B01D3/30 

Изобретение относится к устройствам дл осуществления.различных физических и химических процессов, а именно к контактным устройствам для взаимодействия газа (пара) с жидкостью. Известна прямоточная контактиая тарелка для взаимодействия газа (пара) с жидкостью, содержащая горизонтальное полотно, установленные на полотне конические газовые патрубки и размещенные над ними контактные устройства в виде конических подвижных колпачков 1 . В известной тарелке клапаны под действием давления газа (пара) и в зависимости от его расхода поднимаются на ту или иную величину, образуя при зтом щель для прохода газа (пара) и жидкости. При этом образовавшаяся щел является суммарным зазором для прохода газа (пара) и жидкости и контактным зазором доя взаимодействия газа (пара) с жидкостью в про тивоточном движении фаз. При колебании нагрузок на аппарат изменение сечений для прохода газа (пара) и жидкости в суммарном зазоре является неопределенным, непропорциональным, что не позволяет стабилизировать скорости газа (пара) и жидкости, в момент образования .двухфазного потока, а следовательно, и эффективность массообмена (КПД тарелки). Известна тарелка, содержащая горизонтальное полотно с отверстиями и контактные устройства, каждое из которых состоит из закрепленного в отверстии верхним больщим основанием конического жидкостного патрубка, установленного коаксиально и с зазором в жидкостном цатрубке газового патрубка и жестко закрепленного над ним и в жидкостном патрубке с зазором круглого колпачка 2). Такая конструкция тарелки не позволяет стабилизировать скорости газа и жидкости в момент образования двухфазного потока. В .промышленности, особенно в процессах газоразделения, колебания нагрузок тарелок встречаются весьма часто ц в щироких пределах. Неспособность известных прямоточных тарелок к саморегулированию и стабилизации эффективности массообмена при изменении нагрузок по газу (пару) или жидкости приводит к недопустимым отклонениям в качестве получаемых продуктов. Целью изобретения является обеспечение стабилизации скоростей газа (пара) и жидкости в момент образования прямоточного двухфазного потока. Для достижения поставленной цели в предлагаемой тарелке газовый патрубок выполнен коническим, причем конусность патрубков определяется соотношением: д Ыу tg V где Oj - угол конусности жидкостного патруб ка; с - угол конусности газового патрубка; о - объемная нагрузка по жидкости; GV - объемная - -пузка по газу (пару); V(d )„ А у. , - постоянный козффиЧи() Vj- - расчетная скорость газа (пара) в зазоре между колпачком и конусом газового патрубка у нижнего среза колпачка; ж расчетная скорость жидкости в зазоре между конусом жидкостного патрубка и колпачком у его нижнего среза; dj - средний диаметр колпачка; dj-p - наружный диаметр конуса газового патрубка в расчетном режиме; djjjp- внутренний диаметр конуса жидкос ного патрубка в расчетном режиме. Колпачок может быть установлен с возможностью перемещения по вертикали, а также ко пачок может быть выполнен подпружиненным и снабжен направляющей и ограничителем его подъема. На фиг. 1 изображена предлагаемая тарелка, продольный разрез; на фиг. 2 - то же, вид сверху; на фиг. 3 - колпачок, выполненный подпружиненным. Прямоточная контактная тарелка имеет гори эонтальные полотна I с отверстиями, конический газовый патрубок 2, конический жидкостной патрубок 3, крзтлый колпачок 4. Возможность перемещения колпачка 4 по вертикали обеспечивается скользящей посадкой его на направляющей 5, снижение веса - пружиной 6. Для случая, когда при изменении расхода газа (пара) расход жидкости должен оставаться постояйным, между горизонтальным полотном 1 и жидкостным патрубком 2 устанавливается щшиндрический патрубок 7. Тарелка работает следующим образом. Поднимающийся с нижележащей тарелки по газовому патрубку 2 газ (пар) под колпачком 4 поворачивается на 180 и, пройдя через газовый зазор между колпачком и конической . частью газового патрубка, встречается с жидкостью, стекающей с полотна 1 в жидкостной зазор между жидкостным патрубком 3 и колЬачком 4 - момент образования двухфазного потока. В контактном зазоре между жидкостным 3 и газовым 2 патрубками газ (пар), двигадсь с большой скоростью, дробит жидкость на капли, образуя факел с нисходящим движением фаз. В зоне диспергирования и в факеле осуществляется интенсивный массообмен. В пространстве над жидкостью, находящейся на нижележащей тарелке, происходит сепарация фаз. После чего газ (пар) вновь меняет направление движения на 180° и поступает по газовому патрубку 2 на вьгщележащую тарелку, а жидкость за счет сил инерции нисходящего потока отбрасывается на нижележащую тарелку. Описание относится к установившемуся режиму работы тарелки, когда колпачок занимает вполне определенное по высоте положение. При изменении количества сырья, подаваемого в колонну, происходит пропорциональное изменение объемного количества жидкости и газа (пара). Под воздействием изменяющегося расхода и давления газа (пара) под колпачком он поднимается на ту или иную высоту, изменяя сечение зазора для прохода таза (пара) между колпачком 4 и конической частью газового патрубка 2. При этом одновременно происходит изменение сечения зазора для прохода жидкости между коническим жидкостным патрубком 3 и колпачком 4. Поскольку конусности жидкостного и газового патрубков подобраны так, что при вертикальном перемещении колпачка сечения зазоров для прохода жидкости и газа (пара) у его нижнего среза постоянно находятся в таком соотношении, в каком смесь делится на жидкость и газ (пар), то при изменении нагрузок по жидкости и газу (пару) их скорости в соответствующих сечениях, а следовательно, и в момент образования двухфазного потока остаются стабильными. Тем самым достигается стабилизация относительной скорости фаз в зоне образования двухфазного потока и зффективности масообмена (КПД тарелки) при изменяющихся нагрузках. Конструкция прямоточной контактной тарелки испытана на работоспособность и зффективность в широких диапазонах измене1гая нагрузок по газу (пару) и жидкости. Испытания показали, что благодаря выполнению газового, патрубка под колпачком сужающимся (коническим), закреплению колпачка над газовым патрубком с возможностью перемещения по вертикали и выбору конусности жидкостж)го и газового патрубков из соотношения ig flOtv J т tgot, GV конструкция прямоточной контактной тарелки позволяет саморегулировать величину контактных зазоров для прохода газа (пара) и жидкости в момент образования двухфазного потока при изменении нагрузки в аппарате пропорционально тому, как делится жидкая смесь на газ (пар) и жидкость, и тем самым стабилизировать скорости газа (пара) и жидкости и зффективность массообмена. Формула изобретения 1. Прямоточная контактная тарелка для вза имодействия газа с жидкостью, содержащая го ризонтальное полотно с отверстиями и размещенные в них контактные устройства, каждое из которых выполнено в виде конического жи костного патрубка, коаксиально установленного в нём газового патрубка и размещенного над ним круглого колпачка, отличающаяся тем, что, с целью обеспечения стабил зации скоростей газа (пара) и жидкости в мо мент образования двухфазного потока, газовы патрубок вьтолнен коническим, причем конус юсть патрубков определяют по формуле Mf K--Аt oC, жидкостного Пат где 0 угол конусности рубка; угол конусности газового патрубка;объемная нагрузка по жидкости; объемная нагрузка по газу (пару); V| (d.c+о1т.р) - -Tj:г постоянный (й,.р4с1,) эффшшент; Vr расчетная скорость газа (пара) в зазоре между колпачком и конусом газового патрубка у нижнего среза колпачка; расчетная скорость жидкости в зазоре между конусом жидкостного патрубка и колпачком у его нижнего среза; средний диаметр колпачка; наружный диаметр конуса газового патрубка в расчетном режиме; . внутренний диаметр конуса жидкостного патрубка в расчетном режиме. Тарелка по п. 1, отличающаяся тем, олпачок .установлен с возможностью перения по вертикали. Тарелка по пп. 1 и 2, отличающаяем, что колпачок вьшолнен подпружинени снабжен направляющей и ограничителем одъема. Источники информации, ятые во внимание при экспертизе Авторское свидетельство СССР № 345927, 01 d3/ЗО, 1971. Авторское свидетельство СССР N 412901, 01 d 3/26, 1971.