КОЛПАЧКОВАЯ ТАРЕЛКА ДЛЯ КОНТАКТИРОВАНИЯ ГАЗА И ЖИДКОСТИ

Предлагаемое техническое устройство относится к тарелкам для контактирования газа и жидкости, используемых при осуществлении ректификационных и абсорбционных процессов, в частности при получении карбамидоформальдегидного концентрата и безметанольного формалина.
На сегодняшний день тарельчатые колонны являются наиболее эффективными и востребованными аппаратами. Они изготавливаются в виде вертикальных цилиндров, внутри которых одна над другой размещено определенное количество горизонтальных перегородок - тарелок, обеспечивающих возможность движения жидкости сверху вниз, а пара снизу вверх.
Достаточно распространены колонны, в которые жидкость поступает в верхнюю часть, переливается с тарелки на тарелку через переливные устройства и удаляется из куба ректификационной колонны или абсорбера.
Характер распределения пара и жидкости зависит не столько от конструкции распределяющих устройств, сколько от скорости парового потока. При небольшой скорости (0,3 м/с) пар движется сквозь слой жидкости в виде отдельных пузырьков. Поверхность контакта фаз невелика, и тарелка при этом работает неполным сечением, то есть в «пузырьковом» режиме.
С увеличением скорости движения пара от 0,3 до 1,2 м/с выходящие из отверстия или прорези отдельные пузырьки сливаются в сплошную струю, которая на определенном расстоянии от места истечения разрушается вследствие сопротивления слоя жидкости с образованием большого количества пузырьков. При этом на тарелке возникает парожидкостная дисперсная система - пена, которая является нестабильной и разрушается сразу же после прекращения поступления пара. Контакт пара и жидкости происходит на поверхности пузырьков и струй пара, а также на поверхности капель жидкости, которые в большом количестве образуются над барботажным слоем. При пенном режиме работы тарелки достигается максимальная поверхность фаз и, соответственно, скорость массопереноса.
Указанное обстоятельство особенно важно в процессе хемосорбции формальдегида водой или раствором карбамида.
Известна конструкция колпачковой тарелки [Касаткин А.Г.Основные процессы и аппараты химической технологии. М.:Альянс.2009. С.451], включающая дно, герметически соединенное с корпусом колонны 1, колпачок 2, паровой патрубок 3 и сливное устройство 4. причем колпачок 2 имеет прорези для лучшего массообмена в системе пар-жидкость (Фрагмент показан на фиг.1). Температура жидкой фазы на тарелке поддерживается за счет ее циркуляции через выносной теплообменник с помощью насоса.
Эффективность работы указанных массообменных устройств тесно связана с равномерностью их орошения и их существенным недостатком является разброс температуры по сечению колонны.
Задачей полезной модели является совершенствование конструкции колпачковой тарелки с одновременным повышением ее эффективности в процессе эксплуатации.
Поставленная задача достигается тем, что колпачковая тарелка снабжена змеевиковым теплообменником в виде параллельных трубных пучков, уложенных в пространстве между колпачками, причем в каждом пучке содержится от 1 до 4 теплообменных труб.
Сущностью предлагаемой полезной модели является колпачковая тарелка для контактирования газа и жидкости, включающая паровые патрубки, колпачки и сливные устройства и дополнительно змеевиковый теплообменник в виде параллельных трубных пучков, уложенных в пространстве между колпачками, причем количество теплообменных труб в пучке варьирует от 1 до 4 в зависимости от их диаметра.
На фиг.2 показан общий вид усовершенствованной конструкции колпачковых тарелок, установленных в верхней части абсорбционной колонны и предназначенных для извлечения формальдегида из абгаза, выходящего с хемосорбционного аппарата крупнотоннажной установки получения карбамидоформальдегидного концентрата.
При их изготовлении в пространстве между колпачками параллельными рядами укладывают трубные пучки из нержавеющей стали AISI 304, каждый из которых включает три теплообменных трубы, причем верхняя может возвышаться относительно колпачка не более 0,5 своего диаметра. Благодаря этой конструкции, температура жидкой фазы, находящейся на колпачковой тарелке и контактирующей с абгазом поддерживается постоянной на всей поверхности тарелки и регулируется теплоносителем, подаваемым в трубные пучки.
Таким образом, предлагаемая полезная модель отличается от известных тем, что она сочетает достоинства колпачковых тарелок и трубчатых теплообменников, то есть является комбинированной.
Это делает конструкцию более надежной в управлении и эксплуатации. В отличие от известной модели реализация предлагаемого технического решения позволит повысить эффективность хемосорбции формальдегида водой и в 1,2 раза снизить концентрацию загрязняющих веществ в абгазе, направляемом на каталитическую очистку.