Колпачковая тарелка Советский патент 1982 года по МПК B01D3/20 

Изобретение относится к конструкциям массообь-юнных аппаратов и может быть использовано для увеличения разделяющей способности действующих стандартных колпачковых колонн пищевой и химической промышленности.

Известна массообменная тарелка, состоящая из горизонтального полотна, рядов соосно расположенных патрубков, верхний из которых выполнен расширенным книзу с горизонтальной пластиной и снабл;ен колпачком 1 .

В этой тарелке газовый поток должен увлекать жидкость вверх по зигзагообразному каналу между колпачком и патрубком. Это приводит к значительному увеличению гидравлического сопротивления, а при наличии переменной высоты слоя жидкости на тарелке г к увеличению неравномерности распределения газового потока по сечению тарелки. Эффективность взаимодействия фаз в значительной степени зависит от скорости парового потока. При уменьшении скорости парового потока возможно нарушение направленного движения жидкости и появление ее провала на нижележащую тарелку.

Известна также тарелка, состоящая из горизонтального полотна, рядов паровых патрубков, над которыми установлены соосные двойные колпачки различного диаметра, и цилиндрических колец 2 .

Недостатки этой тарелки - относительно низкая степень циркуляции светлой жидкости по каналу между кольцом и паровым патрубком и неупорядоченное движение жидкости в зоне контакта между соседними колпачками, приводящее к зависанию жидкости, возникновению уноса и уменьшению движущей силы процесса.

Низкая степень циркуляции светлой жидкости объясняется следукацими причинами. Скорость циркуляции определяется разностью плотностей парожидкостной эглульсии в канале между кольцом и патрубком и с наружной стороны кольца. Поскольку верхний колпачок возвращает движущийся парожидкостный поток на тарелку, с нару хной стороны кольца возникает паро жидкостная эмульсия (пена;, и указанная разность плотностей практически отсутствует. Уменьшение степени циркуляции светлой жидкости при водит к увеличению баЛпаса жидкости вдоль полотна тарелки и снижению раз деляющей способности. Кроме того, конструкция тарелки предусматривает двойной поворот паро-жидкостного потока на 180, что обусловливает высокое гидравлическое сопротивление тарелки. Известна колпачковая тарелка,вклю чающая горизонтальное полотно с уста новленными на нем вертикальными патрубками„с колпачками сбоковыми прорезями и переливную систему з. Эта конструкция обладает следую циг«1 недостатками. Жидкость движется по тарелке слоем, высота которог равна высоте колпачков. Паровой поток, выходя из прорезей колпачков, поднимается в жидкости, создавая в верхних ее слоях развитую поверхность контакта фаз . При этом слои жидкоети, лежащие ниже уровня паровых стр практически не участвуют в массообмене, т.к. их турбулентное перемеш вачие пренебрежимо мало (жидкость движется по тарелке со скоростью 0,01 м/с/, а контакт с паровой фазо отсутствует, т.е. наблюдается байпасное движение жидкости вблизи полотна тарелки. Кроме того, паровые струи, выходящие из рядом расположенных колпачков, создают условия для зависания жидкости и возникнове ния неупорядоченного движения одних и тех же объемов жидкой фазы в зон контакта. Последнее обстоятельство уменьшает движущую силу процесса массообмена и приводит к появлению капельного уноса. Вышеуказанные недостатки стандартной колпачковой та релки уменьшают ее разделяющую спо- собность. Цель изобретения - исключить бай пас и упорядочить движение жидкости в зоне контакта между соседними кол пачками за счет увеличения интенсив ности направленной циркуляции. Поставленная цель достигается тем, что колпаковая: тарелка, включ щая горизонтальное полотно с установленными на нем вертикальными пат рубками ffj колпаками с боковыми прорезями и переливную систему, соглас но изобретению, снабжена устройства ми для циркуляции жидкости в виде цилиндрических колец, охватывающих колпачки на уровне боковых прорезей и плоскими вертикальными пластинами становленньи-ш между цилиндрическим кольцами вплотную к ним; при этом никний конец цилиндЕ;ических колец расположен ниже нижней кромки боковых прорезей.. Целесообразно снабдить тарелку дополнительными коаксиальными кольцами различного диаметра в виде усе ченных перевернутых конусов,, установленн1зми между цилиндрическим кол цом и верхней частью каждого колпачка. Каждый колпачок можно снабдить перевернутым конусом с боковой поверхностью из полос, повернутых под углом. На фиг. 1 изображен вертикальный разрез тарелки; на фиг. 2 - разрез колпачка, на фиг. 3 - вид А на фиг.1, на фиг. 4 - вид Б на фиг. 2. На горизонтальном полотне 1 рядами расположены вертикальные паровые патрубки 2, над которыми закреплены колпачки 3 с боковыми прорезями 4. колпачок на уровне боковых прорезей охвачен кольцом 5 (цилиндрическим. Меходу кольцами закреплены плоские вертикальные пластины б , Кольца и пластины установлены над полотном тарелки с образованием прохода для жидкой фазы. Тарелка устанавливается в корпусе колонны 7 и снабжена переливной системой 8. Для увеличения интенсивности направленной циркуляции в канале между цилиндрическим кольцом 5 (фиг. 2} и колпачком в верхней его части установлен ряд дополнительных колец 9 в виде перевернутых конусов. Кольца охватывают верхнюю часть колпачка 3 и обеспечивают направленный вывод паро-жидкостной эмульсии из кольцево го канала цилиндрическим кольцом 5 и колпачком 3 и равномерное распределение ее под сепарационным конусом 10. Боковая поверхность конуса 10 рассечена на отдельные полосы, повернутые вокруг собственной оси и образующие острый угол 15 - 35 с касательной к соответствующей образующей сепарационного конуса 10 (соответствующие образующие конуса совпадают с осями поворота отдельных полосу. В нижней части конуса 10 выполнены окна 11 для рециркуляции отсепарированной жидкости. Работает колпачковая тарелка следующим образом. Жидкая фаза подается с вышележащей тарелки через переливную систему 7 и движется по тарелке слоем.. Пар постуг ает с нижележащей тарелке, проходит через паровые патрубки 2 и, выходя через боковые прорези 4 в кольцевой канал между кольцом 5 и колпачком 3, образует парожидкостную эг/1ульсию (,пену. Поскольку за кольцом 5 находится однородная жидкость, плотность которой в 2 - 3 раза больше плотности паро-жидкостной эмульсии, возникает направленная кольцевая циркуляция по замкнутому контуру; пространство между кольцами 5 - проход между кольцом 5 и полотном тарелки 1. При этом светлая жидкость, находящаяся непосредственно у полотна тарелки, поступает в кольцевой канал, а затем в зону контакта с паровым потоком, исключая тем самым появление байпаса непосредственно у полотна. Паро-жидкостная эмульсия, выходящая из кольцевого канала, соприкасается с вертикальными пластинами 6, которые дробят ее на отдельные ячейки, стабилизируют и ускоряют разрушение пены, непрерывно обеспечивая заполнение пространства между -кольцами 5 однородной жидкостью.Последнее будучи одним из важных уелоВИЙ создания направленной циркуляции, не выполняется ни в прототипе, ни в аналогах. Интенсивность циркуляции увеличивается за счет смещения паро- ;;идкостного потока дополнительным рядом колец 9 (В направлении от колпачка 3 что уменьшает высоту столба парожидкостной эмульсии в кольцевом ка1нале и увеличивает высоту столба жид кости между кольцами 5. Кроме того, это ускоряет разрушение пены в ячейках между вертикальными пластинами 6 и равномерно распределяет паровой поток под сепарационным конусом 10. Пар, уходящий из пространства вер тикальных пластин 6, захватывает кап ли жидкой фазы. Проходя между отдель ными полосами сепарационного конуса 10, он приобретает вращательное движение, в результате чего отдельные капли жидкости под действием центробе хных сил отбрасываются на внутреннюю боковую поверхность конуса и сте кают вниз к окнам 11,а затем - в кольцевой канал в зону контакта фаз. Равномерное распределение паровой фазы с помощью ряда дополнительных колец 9, улучшает условия сепарации кэпель-в конусе 10. Массообмен между паром и жидкость протекает везде, где есть контакт фаз. Указанное направление движения фа выполняется в том.случае если кольцо 5 охватывает колпачок 3 на уровне боковых прорезей 4 и нижняя его кром ка опущена ниже прорезей. В противно случае паровой поток будет проходить под кольцом 5, нарушая условия, обес печивающие циркуляцию светлой жидкости, создавая неупорядоченное движ ние в зоне контакта. Такая конструкция позволяет увеличить интенсивность направленной циркуляции жидкости, исключить байпа светлой жидкости и подвисание отдель ных объемов в зоне контакта между coceдни /й колпачками за счет упорядо чивания их движения. Кроме того, исключен унос.отдельных капель и уменьшено гидравлическое сопротивление по сравнению с аналогами, т.к. парожидкостный поток не претерпевает двойного поворота на 180. Указанные преимущества новой конструкции колпачковой тарелки позволяют увеличить ее-разделяющую способность и получить экономический эффект за счет улучшения качества получаемой продукции. Формула изобретения 1.Колпачковая тарелка, включающая горизонтальное полотно с установленными на нем вертикальными патрубками с колпачками с боковыми прорезями и переливную систему, о тл и чающаяся тем, что, с целью исключения байпаса и упорядочивания движения жидкости в зоне контакта между соседними колпачками за счет увеличения интенсивности направленной циркуляции, она снабжена устройствами для циркуляции жидкости в виде цилиндрических колец, охватывающих колпачки на уровне боковых прорезей, и плоскими вертикальными пластинами, установленными между цилиндрическими кольцами вплотную к «им, при этом нижний конец цилиндрических колец расположен ниже нижней кромки боковых прорезей. 2.Тарелка по п. 1, отличают а я с я тем, что она снабжена дополнительными коаксиальными кольцами различного диаметра, выполненными в виде усеченных перевернутых конусов и установленными между цилиндрическим кольцом и верхней частью каждого колпачка. 3.Тарелкка по п. 1, отличающаяся тем, что каждый колпачок снабжен перевернутым конусом, боковая поверхность которого выполнена из полос, повернутых под острым углом. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Авторское свидетельство СССР № 416070, кл. В 01 D 3/20, 1974. 2.Авторское свидетельство СССР № 297369, кл. В 01 D 3/20, 1971. 3.Касаткин А.Г. основные процессы и аппараты химической технологии. М., Химия, 1973, с. 452 (прототип).

10