Контактный элемент массообменной тарелки Советский патент 1981 года по МПК B01D3/22 

(54) КОНТАКТНЫЙ ЭЛЕМЕНТ МАССООБМЕННОЙ ТАРЕЛКИ

1

Изобретение относится к массообменным устройствам для проведения процессов перегонки, ректификации и абсорбции в системах газ (пар) - жидкость, в частности к контактным устройствам с двумя зонами контакта фаз.

Известны контактные элементы, создающие дополнительную зону контакта, в виде отражательных дисков, переливных труб с дисками, вращающихся крыльчаток 1, 2 и 3.

Такие контактные элементы способствуют образованию дополнительной зоны контакта, однако применение их существенно усложняет конструкцию аппарата, приводит к увеличению межтарелочного расстояния и сопротивления аппарата.

Известны контактные элементы в виде сплошных изогнутых пластин, установленные непосредственно на ситчатой тарелке таким образом, что струи газа отклонялись в сторону движения жидкости и тем самым достигалось однонаправленное движение взаимодействующих фаз 4.

Установка таких контактных элементов приводит к уменьщению свободного сечения

тарелки на 30-35%, что обусловливает увеличение гидравлического сопротивления и связанное с ним повышение расхода газа для нормального ведения процесса. Диапазон нагрузок по газу увеличивается в 1,25 раза и составляет Vmin 1,0 м/с и 2,0 м/с, однако устойчивая работа тарелки, а также прямоточный режим контакта фаз отмечается лишь при скоростях газа, близких к максимальным. В диапазоне нагрузок по газу V 1,0-1,5м/с наблюдается неустойчивая работа тарелки, накопле10ние и провал жидкости без контакта с газом, что приводит к снижению эффективности процесса массообмена. Это объясняется препятствующим действием контактных элементов, установленных поперек движе15ния жидкостного потока и тем самым способствующих возрастанию неравномерности распределения газожидкостного слоя по тарелке.

Цель изобретения - образование двух зон контакта и осуществление прямоточного

20 режима движения фаз.

Указанная цель достигается тем, что пластина изогнута под углом 145-160° и имеет в нижней части вырезы для прохода жидKOCTSI,

Нижняя часть пластин выполнена перфориро1 а1П1()й. Площадь свободного прохода гостав.ляет 25-40/о общей площади пластины. Ширина изогнутой части 0,2-0,4 расстояния между соседними пластинами.

Изогнутая часть пластины расположена горизонтально на высоте, равной 0,1-0,2 расстояния между тарелками, а шаг пластины состав..1яет 0,08-0,1 рабочей длины тарелки.

Уменьшение площади .прохода приводит к задержке и неравномерному распределению ЖИ/1КОСТИ по тарелке. Увеличение же площади прохода приводит к снижению величины напора газовых струй, а также к уменынению глубины щелей, образованных соседними пластинами, что существенно снижает отклоняющую способность контактных элементов. Увеличение щирины приводит к сужению щелей, образованных пластинами, повыщает сопротивление тарелки. YMeHbHjeHne же щирины способствует увеличению угла между направлением движения струи газа и потока жидкости, что приводит к снижению скорости движения газожидкостного слоя.

Выбор расстояния определяется пропускной способностью аппарата по жидкой фазе, влияющей на толщину газожидкостного слоя на тарелке. Предлагаемое соотнощение обеспечивает наиболее эффективное использование кинетической энергии газовых струй для ускорения движения жидкости и образования развитой поверхности контакта фаз. Увеличение щага пластин приводит к тому, что часть газовых струй не отклоняется и тем самым не достигается прямоток фаз. При уменьшении шага пластин отмечено резкое увеличение скорости газожидкостного слоя, проскоки струй жидкости через несколько пластин без контакта с газом, что приводит к снижению эффективности массопередачи.

На фиг. 1 дана тарелка, поперечный разрез; на фиг. 2 - отдельные элементы тарелки; на фиг. 3 - тарелка, общий вид.

Устройство включает тарелку 1, пластину 2 с изогнутой частью 3 и вырезами 4. Тарелка снабжена переливными устройствами 5 и направляющими козырьками 6.

Принцип действия контактных элементов следующий

Струи газа, проходя вырезы 4 в тарелке 1, отклоняются пластинами 2 в сторону движения жидкости. Таким образом, кинетическая энергия газовых струй используется на преодоление сопротивления слоя жидкости, образование межфазной поверхности, а также для ускорения и организации движения жидкости по тарелке к сливу.

Жидкость, поступая на тарелку, распределяется на два потока следующим образом.

В начале тарелки плотность жидкости, 5 вследствие малой степени диспергирования, больше, чем плотность газожидкостного слоя, образованного в результате контакта газа и жидкости. Поэтому часть жидкости под действием силы тяжести проваливается между пластинами 2, проходит сквозь вырезы 4, распределяется на тарелке 1 и образует нижнюю зону контакта.

Исследования опытного образца массообменной тарелки, снабженной предлагаемыми контактными элементами, проводились в лабораторных и в промыщленных условиях. В результате были определены рекомендуемые конструктивные параметры и соотнощения, а также исследованы основные гидродинамические и массообменные характеристики тарелки.

0 Следует отметить, что ускорение движения жидкости газовыми струями происходит в основном на изогнутых участках пластин, расположенных горизонтально, а дробление жидкости - между пластинами, поэтому новизна предлагаемого изобретения в существенной мере определяется конструктивными параметрами.

Количество жидкости в каждой из зон контакта регулируется общим расходом газа на аппарата, а также величиной свобод0 кого прохода, образованного вырезами или перфорациями в нижней части контактных элементов. Установлено также, что в верхней зоне контакта, где достигнут прямоток фаз, находятся 60-90 /о всей жидкости. Контактные элементы, установленные наклонно, а также вторая (верхняя) зона контакта обладают сепарирующими способностями по отнощению к брызгам, уносящимся из нижней зоны. Это позволяет увеличить пропускную способность тарелки по жидкости.

Таким образом, в результате применения предлагаемых контактных элементов на известной тарелке осуществляется переход к прямоточному режиму контакта фаз. Жидкость на тарелке находится в мелкодисперсном состоянии, вследствие чего общее сопротивление тарелки уменьщается на 25-30%, тем самым достигается экономия газа (пара). Расщиряются пределы устойчивой работы аппарата, нижний - на 20- 25%, верхний - на 15-200/0. Вследствие использования кинетической энергии газовых струй для ускорения движения жидкости уменьщается время пребывания жидкости на тарелке, что способствует увеличению производительности аппарата на 18-

20%.

Создание двух зон контакта обусловливает образование на тарелке развитой поверхности контакта фаз, в результате чего КПД тарелки с предлагаемым контактными элементами повышается до 0,9-0,92, а эффективность тарелки составляет 0,92-0,96. Формула изобретения 1. Контактный элемент массообменной тарелки, включающий основание с помещенной на нем изогнутой пластиной, отличающийся тем, что, с целью образования двух зон контакта фаз и осуществления прямоточного режима движения фаз, пластина изогнута под углом 145-160° и имеет в нижней части вырезы для прохода жидкости. 2. Элемент по п. 1, отличающийся тем, что нижняя часть пластины выполнена перфорированной, при этом площадь свободного прохода составляет 25-40% общей площади пластины, а щирина изогнутой части 0,2-0,4 расстояния между соседними пластинами. 3. Элемент по п. 1, отличающийся тем, что изогнутая часть пластины расположена горизонтально на высоте, равной 0,1-0,2 расстояния между тарелками, а щаг пластин составляет 0,08-0,1 рабочей длины тарелки. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Авторское свидетельство СССР № 418197, кл. В 01 D 3/20, 1974. 2.Авторское свидетельство СССР № 352657, кл. В 01 D 3/32, 1972. 3.Авторское свидетельство СССР № 305897, кл. В 01 D 3/30, 1971. 4.Отчет по х/т № 840/74, Сб. НИР и ОКР. ВНТИЦ, 1979, № 18, с. 61.

(pui.f