ЧЕШУЙЧАТО-КЛАПАННАЯ ТАРЕЛКА

Предлагаемое техническое решение относится к конструкции струйной или чешуйчатой тарелки массообменной колонны и может найти применение в химической, нефтехимической, фармацевтической, для процессов ректификации, абсорбции, экстракции и других отраслях промышленности, а также в экологических процессах очистки сточных вод, дымовых газов и вентиляционных выбросов. Известны тарельчатые колонны со струйными тарелками, включающими пластину, сливной карман, переливную перегородку. Пластина равномерно перфорирована круглыми или щелевыми отверстиями, а над отверстиями установлены отбойные элементы (Шаповалов Ю.Н., Шеин В.С., Машины и аппараты общехимического назначения. Учебное пособие. - Воронеж: Издательство Воронежского университета. - 1981, с. 139 и 144).
К причинам, препятствующим достижению заданного технического результата относится недостаточная скорость тепломассообменных процессов на границе раздела фаз, барботируемых через отверстия пузырьков газа и жидкости из-за неподвижности краев отражательных перегородок, на которых образуются сравнительно крупные пузырьки газа, имеющие небольшую суммарную поверхность фаз, что приводит к снижению производительности.
Известна конструкция чешуйчатой или струйной тарелки, включающей равномерно перфорированный диск, сливное устройство со сливной перегородкой или планкой. Над каждым отверстием жестко закреплена арочная чешуя, закрытая с боков, или чешуя с трехсторонним прорезом, установленная под углом к диску (В.Н. Стабников. Расчет и конструирование контактных устройств ректификационных и абсорбционных аппаратов. - Киев: Техника, 1970, с. 94).
К причинам, препятствующим достижению заданного технического результата относится неподвижность границ арки или чешуйки, на которых образуются сравнительно крупные пузырьки газа, выходящие из отверстий диска, что уменьшает поверхность тепло- и массопереноса и снижает производительность.
Наиболее близким техническим решением по совокупности признаков к заявленному объекту и принятому за прототип является конструкция модифицированной чешуйчато-клапанной тарелки для осуществления контакта газа и жидкости, включающая карман для приема жидкости, сливную перегородку и основание тарелки с отверстиями и установленными в них плоскими клапанами, расположенными в шахматном порядке, ширина крышки которых сужается в направлении к сливной перегородке, при этом между узкими частями клапанов, со смещением в сторону впереди идущего ряда клапанов, располагаются прорези в виде чешуек прямоугольной формы, открытые части которых направлены в стороны соседних клапанов, причем клапана выполнены с отгибами в сторону полотна тарелки (Патент на полезную модель РФ №164525, B01D 3/22, 2016 г.).
К причинам, препятствующим достижению заданного технического результата относится неподвижность крышек плоских клапанов и чешуек прямоугольной формы при барботаже газа, что приводит к образованию крупных пузырьков, имеющих небольшой суммарный размер боковой поверхности, через которую идут процессы тепло- и массопередачи, что приводит к снижению производительности.
Техническим результатом предлагаемой конструкции является увеличение производительности.
Поставленный технический результат достигается тем, что в чешуйчато-клапанной тарелке для осуществления контакта газа и жидкости, включающей карман для приема жидкости, сливную перегородку и основание тарелки с отверстиями, и установленными в них
плоскими клапанами, ширина крышки которых сужается в направлении к сливной перегородке, при этом на уровне узких частей клапанов располагаются прорези с чешуйками над ними, открытая часть которых направлена в сторону направления движения жидкости, причем прорези и чешуйки имеют трапецеидальную форму, что уменьшает жесткость клапана и способствует увеличению вибрации, а клапаны и чешуйки, жестко прикреплены к основанию тарелки и выполнены из упругого материала.
Жесткое прикрепление каждого плоского клапана и каждой чешуйки к основанию тарелки позволяет равномерно распределять поток газа, проходящего через прорези по периметру клапана или чешуйки, что предотвращает струйное течение части потока газа или жидкости между чешуйкой и основанием тарелки, увеличивает число пузырьков газа и способствует увеличению производительности.
Выполнение каждого клапана и каждой чешуйки из упругого материала с возможностью колебания их поверхностей под действием потока газа позволяет создавать мелкие пузырьки газа, что приводит к увеличению их суммарной поверхности, интенсификации тепло- и массообменных процессов за счет уменьшения внутридиффузионного торможения из центральных областей пузырьков газа к поверхности и в целом повышает производительность.
Трапецеидальная форма чешуек и прорезей, выполненных из упругого материала, позволяет увеличить вибрации чешуек под действием потока газа, что приводит к дроблению газового потока на мелкие пузырьки с большей суммарной боковой поверхностью, что интенсифицирует процесс тепло- и массопередачи и в целом повышает производительность.
На фиг. 1 приведен общий вид предлагаемой конструкции чешуйчато-клапанной тарелки, на фиг. 2 - разрез по А-А заявленной тарелки.
Чешуйчато-клапанная тарелка (фиг. 1) включает карман 1 для приема жидкости, сливную перегородку 2 и основание 3 с отверстиями 4 и установленными в них плоскими клапанами 5, жестко прикрепленными с помощью горизонтальной пластины 6 к основанию 3. Клапаны 5 трапецеидальной формы, сужающиеся от приемного кармана 1 в сторону сливной перегородки 2, располагаются на основании 3 в шахматном порядке. На уровне узких частей клапанов 5 располагаются прорези 7 трапецеидальной формы. Над каждой прорезью 7 установлена чешуйка 8, повторяющая форму прорези 7 и жестко прикрепленная с помощью горизонтальной опоры 9 к основанию 3. Плоские клапаны 5 и чешуйки 8 и опоры 9 выполнены из упругого материала (металлической ленты, резины или полимера) с возможностью колебаний их поверхности под действием потока газа, выходящих из отверстий 4 и прорезей 7.
Чешуйчато-клапанная тарелка работает следующим образом.
Жидкость из приемного кармана 1 поступает на основание тарелки 3 и движется по направлению к сливной перегородке 2. Поток газа поступает через отверстия 4 в основании тарелки 3 и, упруго деформируя, крышки плоских клапанов заставляют их вибрировать с образованием мелких пузырьков газа, приподнимает их над основанием 3, и виде пузырьков поступает в слой жидкости, движущейся по основанию тарелки 3 к сливной перегородке 2. Кроме того, струи газа, выходящие из прорезей 7 также поступают в слой жидкости движущейся по основанию тарелки 3 к сливной перегородке 2. Так как над прорезями 7 установлены чешуйки 8, повторяющие форму этих прорезей и выполненные из упругого материала, то под действием давления газа на внутреннюю поверхность чешуек 8, последние начинают вибрировать, что способствует дроблению газового потока, его диспергированию с образованием небольших по размеру пузырьков газа, по сравнению с неподвижными плоскими клапанами 5 и чешуйками 8 в прототипе и аналогах. Небольшие по размерам пузырьки газа обладают суммарной большей боковой поверхностью, через которую
идут процессы тепло- и массопередачи, что приводит к увеличению производительности. Кроме того, небольшие по размеру пузырьки газа обладают меньшим внутридиффузионным сопротивлением (меньше расстояние от центра пузырька до его поверхности), что интенсифицирует процессы тепло- и массопередачи и еще больше повышает производительность.
Таким образом, выполнение каждого клапана 5 и чешуйки 8 из упругого материала с возможностью колебаний их поверхностей под действием потока газа и жесткое прикрепление к основанию тарелки 3 каждого клапана 5 с помощью горизонтальной пластины, а каждой чешуйки 8 с помощью горизонтальной опоры 9 позволяет дробить этот поток на большое число мелких пузырьков за счет вибрации границ чешуек 8 или горизонтальной опоры 9, на которых эти пузырьки образуются, что увеличивает поверхность этих пузырьков, снижает внутридиффузионное торможение тепло- и массообменных процессов и способствует увеличению производительности.