Тарелка провального типа Советский патент 1982 года по МПК B01D3/22 

1

Изобретение относится к тепломассообменным аппаратам, предназначенным для взаимодействия жидкости с газом (паром) и может быть использовано в химической, нефтехимической и других отраслях промышленности.

Известно устройство для тепломассообмена, состоящее из провальной тарелки, установленной в колонне стационарно с зазором по краю. Тарелка по периметру снабжена завихрителем, выполненным из лопастей, расположенных веером, или арочных, тангенциально направленных прорезей 1.

Недостатком известного устройства яв ляется низкая- интенсивность его работы, вследствие узкого диапазона эффективной работы по газовой фазе. Последний ограничен той областью работы, где одновременно обеспечиваются два пpQтивopeчивыx условия: поддерживается жидкость на тарелке в виде барботажного слфя и в то же время газ, проходя через отверстия тарелки противотоком жидкости, не препятствует ее сливу на нижележащую тарелку. Для тарелок с зазором, имеющих завихрители, эти условия выполняются при небольших нагрузках по жидкости и газу, характерных для работы обычных провальных тарелок, установленных без зазора. При этом закрученный поток фаз, который создается благодаря наличию завихрителей, играет свою положительную роль, уплотняя зазор между стенкой колонны и торцом тарелки. С ростом нагрузки по газу последний препятствует сливу жидкости на нижележащую тарелку через отверстия тарелки, что приводит к накоплению жидкости на ней и быстрому захлебыванию колонны. В этом случае закрученный поток фаз ускоряет захлебывание колонны, препятствуя сливу жидкости через зазор.

Известно также устройство для контак)5 тирования жидкости с газом, состоящее из стационарно установленных тарелок провального типа. Край тарелки относительно стенки колонны установлен с зазором 1 - 20 мм. Отверстия на тарелках располагаются по всей ее площади, а также непосред ° ственно захватывают край тарелки, образуя узорчатые вырезы 2.

Недостатком этого устройства является низкая интенсивность его работы. Объясняется это узостью диапазона эффективной

работы по жидкой и газовой фазам, вследствие того, что эффективный контакт фаз в зазоре конструктивно не организован должным образом.

Наличие зазора между торцом (краем) тарелки и стенкой колонны еще не обеспечивает интенсивную работу тарелки. Это возможно лишь в том случае, если выдержано оптимальное соотношение между плошадью зазора и плош,адью всех отверстий на тарелке. В противном случае, основная часть газа или жидкости будет проходить через зазор, что резко ухудшает гидродинамическую картину на самой тарелке. Установка тарелки в корпусе колонны с зазором (без уплотнения) обеспечивает только существенное упрощение монтажа тарелок.

Цель изобретения - повышение интенсивности работы колонны за счет организации контакта фаз в зазоре.

Указанная цель достигается тем, что тарелка, включающей полотно с отверстиями, снабжена кольцевой перегородкой, установленной по ее периферии, а площадь зазора составляет 0,2-0,6 суммарной площади отверстий тарелки. Кроме того, край тарелки выполнен со скосом.

Кольцевая перегородка отделяет зазор от рабочей площади тарелки, где располагаются отверстия.. При этом она препятствует преимущественному сливу жидкости через зазор и гарантирует определенную высоту слоя жидкости на тарелке, т. е. ее эффективную работу.

Площадь зазора, равная 0,2-0,6 площади свободного сечения тарелки, способствует распределению газа и жидкости в поперечном сечении колонны пропорционально рабочей площади тарелки и площади пространства между стенкой колонны и кольцевой перегородкой. При площади зазора более 0,6 суммарной площади отверстий наблюдается проскок жидкости через зазор без контакта с газом; при площади зазора менее 0,2 наступает быстрое захлебывание.

Выполнение края тарелки со скосом обеспечивает работу тарелки в зазоре по типу диафрагменного устройства с поджатием газовой струи. При этом образуется зона турбулентных пульсаций, которую перегородка формирует в единый, вращающийся по периферии тарелки вихрь, имеющий форму тора. В вихре происходит интенсивный контакт жидкости и газа и сброс жидкости на нижележащую тарелку за счет центробежных сил.

Зазор указанных размеров способствует образованию устойчивого вихря, гарантируя взаимодействие фаз на тарелке и в зазоре без проскока, отодвигая границы захлебывания. Перечисленные преимущества расщиряют рабочий диапазон эффективной работы, что в конечном итоге ведет к повыщению интенсивности работы колонны.

На фиг. 1 показана колонна с тремя тарелками провального типа; на фиг. 2 - колонна, вид в плане; на фиг. 3 - узел I на фиг. 1.

Колонна 1 содержит тарелку 2, установленную с зазором 3 по краю относительно стенки колонны. Возле края тарелка имеет тонкую вертикальную кольцевую перегородку 4. Ширина зазора выбрана такой, что его площадь составляет 0,2-0,6 суммарной площади отверстий 5. Край 6 тарелки 2 выполнен со скосом, в частном случае под углом 30-80°. Тарелки могут закрепляться в колонне различным образом, например, устанавливаться друг на друга на стойках 7, а последние упираться в кронштейны 8. Высота перегородки составляет 0,01-0,2 диаметра колонны, расстояние от кольцевой перегородки до края тарелки - 0,5-5 ширины зазора.

Тарелка работает следующим образом.

Газ движется в колонне снизу вверх, жидкость подается на верхнюю тарелку через какой-либо распределитель и стекает сверху вниз. Газ поступает на тарелку 2 через те же отверстия 5, в которые сливается жидкость. Часть жидкости с тарелки перебрасывается через кольцевую перегородку 4 в пространство между перегородкой и стенкой колонны 1.

В зазоре 3 тарелка работает по типу диафрагменного устройства. Здесь наиболее высокая скорость газа наблюдается в сечении, расположенном выше зазора, вследствие поджатия струи газа. В этом сечении газ срывает жидкость, стекающую пленкой по стенке колонны 1. Выше указанного сечения скорость газа снижается, и между стенкой колонны 1 и кольцевой перегородкой 4 образуется зона турбулентных пульсаций, которую перегородка формирует во вращающийся газожидкостной вихрь. В вихре происходит интенсивный контакт газа с жидкостью. За счет центробежных сил обеспечивается сброс жидкости из вихря на нижележащую тарелку.

Таким образом, использование тарелок провального типа, установленных в колонне с зазором площадью 0,,6 суммарной площади отверстий тарелки, имеющих кольцевую перегородку по периферии и край, выполненный со скосом, позволяет существенно повысить интенсивность работы колонны.

Формула изобретения

1. Тарелка провального типа для процессов тепломассообмена между жидкостью и газом (паром), включающая полотно с отверстиями, установленное с зазором относительно стенки колонны, отличающаяся тем, что, с целью повыщения интенсивности работы колонны за счет организации контакта фаз в зазоре, тарелка снабжена кольцевой перегородкой, установленной по ее периферии, а площадь зазора составляет 0,2- 0,6 суммарной площади отверстий тарелки. 2. Тарелка по п. 1, отличающаяся тем, что край тарелки выполнен со скосом.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1.Авторское свидетельство СССР № 663414, кл. В 01 D 3/22, 1979.

2.Патент ФРГ № 1444376, кл. В 01 D 3/22, 1972.

-Ч -J 2 7

7 ЛЧ7ЧАД1 | О

™ Hf.iI / V 1

J

ш

г Т

т

с а

ЛХ.

Тр I Л

Щт

1 ,

7/йзЦ

/с1л

(Й/гЛ