Контактная тарелка для тепломассообменных аппаратов Советский патент 1980 года по МПК B01D3/30 

Изобретение относится к,области аппаратурного оформления массообменных процессов в системах газ (пар) - жидкость, а более конкретно - к контактным устройствам с саморегулирующимися свободным сечением для ректификационных и абсорбционных тарельчатых колонн, работающих в широком диапазоне изменения нагрузок по газу (пару) при высокой эффективности разделения. Известна клапанная прямоточная тарелка с односторонним открытием клапана прямоугольной формы в сторону слива жидкости 1 . Недостатком игвестной тарелки является то, что такая тарелка характеризуется небольшой задержкой жидкости и малым вр(еменем ее пребывания в зоне контакта с газом, вследствие чего они обладают невысокой эффективностью. Известна клапанная секционированная тарелка, включающая основание, снабженное прямоугольными клапанами с односторонним выходом газа и вертикальными перегородками. Клапаны расположены параллельно переливному порогу и открываются в противоположные стороны в соседних рядах 2. Известная контактная тарелка для тепло-массообменных аппаратов, содержащая основание с отверстиями и установленными в них клапанами с односторонним выходом газа (пара), имеющими верхние стенки и выполненные в виде секторов боковые стенки З. Недостатком таких тарелок является то, что они обеспечивают изготовление их с большим свободным сечением за счет использования только клапанов прямоугольной формы, вследствие чего появляется необходимость или увеличивать высоту подъема клапанов на выходе из них газа, что снижает эффективность массообмена и повышает провал и унос жидкости, или снабжать верхнюю стенку клапанов дополнительно просечками, что значительно увеличивает трудоемкость изготовления клапанов. Недостатком этих тарелок является также то, что ограничение угла подъема клапана происходит за счет специальных ножек, выполненных заодно с клапаном, являющихся продолжением верхней его стенки (или двух боковых) и отгибающихся под основание тарелки. Наличие таких ножек значительно усложняет конструкцию клапана и технологию его изготовления, а также увеличивает расход листового материала на изготовление клапанов. Кроме того, при работе этих тарелок газожндкостной поток оказывает на верхние стенки клапанов динамическое воздействие возникающее за счет циркуляции жидкости по высоте барботажного слоя, в результате чего увеличивается неравномерность работы клапанов и тарелки в целом, приводящая к повышению провала и уноса и идкости. Цель изобретения - повышение как эффективности работы тарелки в целом, так и упрощение ее изготовления и монтажа. Указанная цель достигается тем, что в предложенной тарелке верхняя стенка выполнена в виде кругового сектора с усеченной вершиной, причем кромка кругового сектора расположена на одном уровне с кромками секторов боковых стенок, причем основание тарелки снабжено экранирующими лепестками, образованными, например, при вырубке отверстий под клапаны и являющимися частями основания тарелки установленпыми над клапанами, кроме того, сегментная часть кругового сектора отогнута в сторону основания тарелки под углом, равным углу подъема клапана, что повышает эффективность за счет увеличения поверхности массообмена, упрощает изготовление и монтаж. На фиг. 1 изображен вид сверху тарелки, работающей на умеренных и больших нагрузках по жидкости; на фиг. 2 - продольный разрез тарелки; на фиг. 3 представлен клапан в аксонометрии; на фиг. 4 изображен вид сверху тарелки, работающей на малых нагрузках по жидкости. Тарелка содержит основание 1 с отверстиями 2, установленные в ,них клапаны 3, имеюнхие верхние стенки 4, боковые стенки 5, верхняя стенка выполнена в виде кругового сектора с усеченной вершиной, сегментная часть 6 кругового сектора отогнута в сторону основания тарелки под углом d, равным углу подъема клапана, вертикальные перегородки 7 с отверстиями или щелями, п риемный 8 и переливной 9 карманы, экранирующие лепестки 10. Тарелка при больших нагрузках па жидкости работает следующим образом. При малых нагрузках по газу клапаны 3 находятся в закрытом состоянии и их верхние стенки опираются на основание тарелки 1 своими сегментными частями 6. При этом между основанием тарелки и сегментными частями по обе стороны от оси каждого клапана имеются щели, через которые газ и поступает на контактирование с жидкостью. С ростом нагрузки по газу происходит открытие клапанов, которое продолжается, до достижения максимального угла подъема, определяемого углом отгибки экранирующего лепестка 10. Газ (пар) начинает поступать на тарелку через щели, образующиеся в результате подъема клапанов, и проходит в виде струй встречного направления через жидкость, поступающую из приемного кармана 8. Газовые струи и создаваемые ими потоки жидкости интенсивно взаимодействуют между собой. Этому способствует вихреобразование между рядами разнонаправленных клапанов. Газо- (паро-) жидкостная смесь непрерывно ударяется в вертикальные перегородки 7, на которых происходит отделение газа от брызг мсидкости. Далее газовый поток поступает на следующую тарелку, а жидкость сливается в переливной карман 9. Для обеспечения равномерной и эффективной работы тарелки при малых нагрузках по жидкости она разделяется сплошными вертикальными перегородками 7 на ряд последовательно сообщающихся между собой по жидкости секций. При перетоке жидкости из одной секции в другую происходит смена направления движения жидкостного потока на противоположное. Поскольку длина пути жидкости по тарелке в этом случае увеличивается, что может привести к возникновению гидравлического градиента в направлении движения жидкости, а, следовательно, и к снижению эффективности разделения, то для уменьшения этого нежелательного явления клапаны на тарелке объединяются в группы и поворачиваются в сторону движения жидкостного потока. Тарелка при малых нагрузках по жидкости работает следующим образом. Когда кинетическая энергия газового потока мала и клапаны 3 находятся в закрытом положении, движение жидкости по тарелке происходит практически только за счет разности статических уровней у приемного 8 и переливного 9 кармана. По мере увеличения грузовой нагрузки клапаны начинают подниматься. Кинетическая энергия газовых струй, выходящих из щелей, образующихся при подъеме клапанов, увеличивается. При этом транспорт жидкости по тарелке осуществляется в основном за счет кинетической энергии газа, передаваемой жидкостному потоку, Б результате чего гидравлический градиент снижается. Газ (пар), поступающий на тарелку через щели, образующиеся в результате подъема клапанов, проходит в виде струй встречно-перекрестного направления через жидкость, поступающую из приемного кармана 8. Газовые струи и создаваемые ими потоки жидкости интенсивно взаимодействуют между собой. Этому способствует внхреобразование при встрече потоков различных направлений. Проконтактировав с жидкостью, газ (пар) поступает на следующую тарелку, а жидкость, последовательно пройдя все секции, сливается в переливной карман 9. Поскольку ограничение угла подъема и чапанов в предлагаемой тарелке осуществляется с помощью лепестка, являющегося частью основания тарелки и образующегося в результате вырубки отверстия под клапан, отпадает необходимость в специальных ножках у клапана, ограничивающих его подъем и отгибающихся под основание тарелки. Вследствие этого существенно упрощается конструкция клапана и технология его изготоЕ)ления, а также уменьщается удельный расход листового металла на клапан. Так как лепесток, ограничивающий подъем клапана, имеет форму отверстия под клапан, он выполняет роль защитного экрана для клапана. Этот экранирующий лепесток воспринимает на себя динамические воздействия со стороны газожидкостного потока и, предохраняя от них клапан, тем самым увеличивает равномерность работы тарелки. Для обеспечения горизонтального ввода газа (пара) в жидкость, способствующего увеличению эффективности массообмена и уменьщению уноса жидкости, сегментная часть верхней стенки клапана отгибается в сторону основания тарелки на угол, равный углу подъема клапана. Так как при отгибке сегментной части клапан в статическом положении соприкасается с основанием тарелки в точке, то уменьщающиеся силы сцепления между смоченными жидкостью верхней стенкой клапана и основанием тарелки, что в свою очередь, расщиряет диапазон устойчивой работы последней в сторону малых нагрузок по газу (пару). Поскольку на тарелках, имеющих значительную длину пути жидкости или работающих с больщими нагрузками , возникает гидравлический градиент, то для его снижения в секциях предложенной тарелки, образованных вертикальными перегородками, несколько рядов клапанов объединены в группы и повернуты в сторону движения жидкостного потока. При таком расположении клапанов жидкостной поток двигается по тарелке от приемной к сливной перегородке не только за счет разности статических уровней жидкости у этих перегог родок, но и за счет кинетической энергии газа, передаваемой жидкостному потоку. Предложенная тарелка позволяет уменьщить расстояние между рядами клапанов на тарелке (на ней может быть размещено больщее количество клапанов). Все это позволяет при сохранении свободного сечения тарелки и щирины клапана на выходе из него газа уменьщить высоту подъема клапана и за счет увеличения гЛубины барботажа повысить И1 тенси1 нпсть массообмена, или, при сохранении lu icoTbi подъема клапана и его )ииы, унелнчигь споболное сечение тарелки п, тем самым, бел использования на клапанах просечек снизить ее гидравлическое сопротивление. При умеренных нагрузках по жидкости клапаны на тарелке располагаются так, что их осп параллельны перел вному порогу, и открываются в oднo или нескольких соседних рядах в одну сторону, а п следующем или нескольких смежных рядах -- в противоположную. При больши.х нагрузках по жидкости клапаны на тарелке объединяются в группы и разворачиваются п сторону движения жидкостного потока так, что между осями клапанов и паправленпем движения потока жидкости по тарелке образуется острый угол. Так как клапаны на тарелке располагаются со смещепяем друг относительно друга и имеют верхние трапециевидной, а не прямоугольпой формы, умньшается расстояние между рядами клапанов, что позволяет разместить на основании тарелкп больщея их количество. Формула изобретения 1. Контактная тарелка для тепло-массообменных аппаратов, содержаи1ая основание с отверстиями и установленными в них клапанами с односторор|нмм выходом газа (пара), имеющими верхние стенки и выполненные в виде секторов боковые стенки, отличающаяся тем, что, с целью повыщення эффективности за счет увелнчения поверх: ности массообмена и упрощения изготовления и монтажа, верхняя стенка выполнена в виде кругового сектора с усеченной верщиной, причем кромка кругового сектора расположена на одном уровне с кромками секторов боковых стенок. 2.Контактная тарелка для тепломассообменных аппаратов по п. 1, отличающаяся тем, что основание снабжено экранирующими лепестками, установленными над клапанами. 3.Контактная тарелка для тепломассообменных аппаратов по п. 1 и 2, отличающаяся тем, что сегментная часть кругового сектора отогнута в сторону основания тарелки под углом, равным углу подъема клапана. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Авторское свидетельство СССР № 181037, кл. В 01 D 3/30, 1965. 2.Авторское свидетельство СССР № 341498, кл. В 01 D 3/30, 1972. 3.Авторское свидетельство СССР № 425632, кл. В 01 D 3/32, 1971 (прототип)

./.й )„с

d}u.8. Э