КОНТАКТНАЯ ТАРЕЛКА ДЛЯ МАССООБМЕННЫХ АППАРАТОВ
CONTACT TRAY FOR MASS-TRANSFER APPARATUS

Изобретение относится к области химического машиностроения, а именно к массообменным тарелкам, и может найти применение в колонных аппаратах для проведения массотеплообменных процессов ректификации, дистилляции, абсорбции в химической и смежных с нею отраслях промышленности.
Известна контактная тарелка, содержащая основание с отверстиями, над которыми расположены клапаны с ограничительными элементами (см. патент Российской Федерации №2092221, МПК B01D 3/30, опубл. 10.10.1997 г.).
Недостатком известной тарелки является то, что она обладает высоким гидравлическим сопротивлением и имеет узкий диапазон регулирования ее свободного сечения.
Наиболее близкой к заявляемой (прототипом) является конструкция контактной тарелки для массообменных аппаратов, представляющая собой основание с расположенными по нему отверстиями, над которыми установлены прямоточные клапаны, которые выполнены в виде части полого цилиндра с отверстиями и ограничительными элементами (см. авт.свид. СССР №492290, МПК B01D 3/30, опубл. 21.11.75 г., бюлл. №43).
В рассматриваемой контактной тарелке пар (газ) проходит при малых нагрузках через отверстия в ней и клапаны при этом закрыты. Начало открытия клапанов определяется равенством моментов от массы клапана и сил давления среды относительно оси вращения клапана. При дальнейшем увеличении нагрузки по пару (газу) клапаны открываются по направлению движения жидкости, изменяя свободное сечение тарелки для прохода пара (газа).
Преимущество данной конструкции тарелки по сравнению с рассмотренным выше аналогом заключается в улучшении условий передвижения жидкости по основанию тарелки за счет направленного ввода пара (газа) в жидкость.
К недостаткам прототипа можно отнести следующее:
- в силу конструктивных особенностей клапана момент его открытия наступает раньше, чем прекращается провал жидкости через отверстия сита, что приводит к повышению минимально допустимой скорости пара (газа);
- при полностью открытом клапане горизонтальная составляющая скорости пара (газа) против направления движения жидкости становится больше аналогичной составляющей скорости по направлению движения жидкости, что приводит к снижению максимально допустимой скорости пара (газа).
В основу изобретения поставлена задача расширения диапазона устойчивой работы контактной тарелки при сохранении высокой эффективности разделения и низкого гидравлического сопротивления.
Поставленная задача решается благодаря тому, что в контактной тарелке для массообменных аппаратов, включающей основание с отверстиями для прохода газа (пара), а также клапаны с ограничительными элементами, согласно изобретению клапаны имеют форму двух сопряженных цилиндрических профилей, причем часть клапана, направленная против движения жидкости, расположена выпуклой поверхностью вниз, а часть клапана, направленная в сторону движения жидкости, расположена выпуклой поверхностью вверх.
В одном из предпочтительных вариантов реализации изобретения средняя часть клапана, направленная против движения жидкости, выполнена с меньшим радиусом кривизны, чем радиус периферийной части клапана.
Еще в одном варианте реализации изобретения на части клапана, направленной в сторону движения жидкости, выполнены углубления, направленные выпуклостями к основанию тарелки.
Поскольку заявляемая конструкция массообменной тарелки относится к комбинированным тарелкам, энергия пара (газа) используется в ней как для создания развитой поверхности массотеплообмена, так и для перемещения жидкости по основанию тарелки к сливной перегородке.
Выполнение клапана в форме двух цилиндрических поверхностей, одна из которых, направленная против движения жидкости, расположена выпуклой поверхностью вниз, а другая, направленная в сторону движения жидкости, расположена выпуклой поверхностью вверх, позволяет создать направленное движение жидкости по основанию тарелки при всех значениях нагрузок по контактирующим фазам.
Выполнение средней части клапана, направленной против движения жидкости, с меньшим радиусом кривизны по сравнению с радиусом его части, направленной по движению жидкости, позволяет турбулизировать газожидкостной слой на тарелке и увеличить время контактирования взаимодействующих фаз путем увеличения доли потока пара (газа), выходящего против движения жидкости.
Наличие углублений, расположенных выпуклостью к основанию тарелки, на части клапана, направленной в сторону движения жидкости, обеспечивает надежную работу клапана в начальной фазе открытия и предотвращает его залипание.
Изобретение иллюстрируется прилагаемыми чертежами, на которых изображены:
фиг.1 - фрагмент основания тарелки;
фиг.2 - общий вид клапана;
фиг.3 (а, б, в) - схема работы клапана при различной степени его открытия;
фиг.4 - радиусы цилиндрических поверхностей клапана.
1
2
Контактная тарелка содержит (см. фиг.1 и 3) основание 1, в котором имеются отверстия сита 2 и отверстия под клапаны 3, над которыми расположены клапаны 4. В клапанах 4 выполнены углубления 5 (фиг.2). Средняя часть клапана, направленная против движения жидкости, имеет радиус кривизны R (фиг.4), который меньше радиуса кривизны R части клапана, направленной по движению жидкости.
Контактная тарелка работает следующим образом.
Жидкость, поступающая из перелива, движется по основанию тарелки 1 в сторону сливной планки. Пар (газ) при небольшом количестве проходит в основном через отверстия сита 2 (см. фиг.3) и контактирует с жидкостью. Клапаны 4 при этом закрыты (см. фиг.3а) и пар (газ) проходит через них в незначительных количествах по направлению движения жидкости благодаря углублениям 5 (см. фиг.2). Тарелка при этом работает как ситчатая. При увеличении количества пара (газа) клапаны 4 начинают открываться в сторону движения жидкости (см. фиг.3б). Поток пара (газа) выходящий из-под клапанов 4, подталкивает жидкость в сторону сливной планки. При дальнейшем увеличении количества пара (газа) клапаны 4 открываются полностью (см. фиг.3в).
Таким образом, конструктивное исполнение клапана в заявляемой тарелке предопределяет начальный момент его открытия лишь после того, как прекратится провал жидкости через отверстия сита основания тарелки, что позволяет снизить нижний предел устойчивой работы последней. С другой стороны, заявляемая конструкция тарелки позволяет увеличить максимально допустимую скорость пара (газа), так как во всех режимах работы клапанов наблюдается превышение горизонтальной составляющей скорости пара (газа) по направлению движения жидкости над аналогичной составляющей скорости против направления движения жидкости.