Колонна для контактирования газа с жидкостью

Предлагаемое техническое решение относится к конструкциям тарелок массообменных аппаратов и может найти применение в химической, нефтехимической, газовой, пищевой, фармацевтической, энергетической и других отраслях промышленности, а также в экологических процессах разделения растворов и газов в процессах ректификации, абсорбции, экстракции и промывки газов.
Известна барботажная тарелка массообменного аппарата, состоящая из S-образных элементов, расположенных поперек потока жидкости, отличающаяся тем, что, с целью увеличения диапазона устойчивой работы и эффективности аппарата, между кромкой S-образных элементов и тыльной частью колпачков устанавливают газораспределительные перфорированные листы (авт.св. СССР № 223044, В01 D3/18, 1968 г.).
К причине, препятствующей достижению заданного технического результата, относится недостаточная поверхность контакта фаз, создаваемая  на поверхности перфорированных листов, что в целом значительно снижает производительность.
Известна тарелка для массообменных аппаратов, включающая переливное устройство и продольные параллельно установленные контактные элементы в виде П-образных желобов с одной перфорированной вертикальной стенкой, причем с целью интенсификации процесса массообмена за счет увеличения поверхности контакта фаз и уменьшения брызгоуноса, противоположная стенка П-образных желобов выполнена гофрированной, верхняя часть желобов снабжена чешуями, установленными по направлению движения пара (газа), и между П-образными элементами установлеы Т-образные ситчатые интенсификаторы (авт.св. СССР № 361796, В01D 3/20, 1970 г.).
К причинам, препятствующим достижению заданного технического результата, относится то, что П-образные элементы и Т-образные ситчатые интенсификаторы будут забиваться из-за недостаточного потока жидкости (газа), из-за чего необходимо останавливать оборудование и проводить очистку этой области, что будет вызывать снижение производительности.
Известна S-образные тарельчатые колонны, которые включают в себя тарелку, S-образные элементы и переливные перегородки (Машины и аппараты общехимического назначения / Шаповалов Ю.Н., Шейн В.С. // под общей редакцией Воронежского университета, 1981 г. - 303 с.).
К причине, препятствующей достижению заданного технического результата, относится недостаточная поверхность контакта фаз, создаваемая на поверхности S-образных тарельчатых колонн, что снижает эффективность тепло- и массообмена между жидкостью и газом или паром, а значит и уменьшает производительность.
Наиболее близким техническим решением по совокупности признаков к заявляемому объекту и принятому за прототип является колонна для контактирования газа (пара) с жидкостью, например, в процессах ректификации и абсорбции, состоящая из тарелок с S-образными элементами и переливных устройств, причем с целью обеспечения развитой поверхности контакта фаз, исключения возможности перемешивания жидкости на тарелке и увеличения ее производительности, каждый S-образный элемент тарелок колонны снабжен вертикальной перегородкой с отбойным козырьком, не доходящей до дна тарелки и погруженной нижним кольцом в жидкость на тарелке (авт.св. СССР № 230780, В01 D3/18, 1967 г.).
К причине, препятствующей достижению заданного технического результата, относится малая площадь создания поверхности контакта фаз, образованная S-образный элементом тарелок колонны и вертикальной перегородкой с отбойным козырьком, из-за чего происходит недостаточный массоперенос на поверхности слоя жидкости образующегося между S-образным элементом тарелок колонны, снабженным отбойным козырьком, что снижает производительность.
Техническим результатом предлагаемой конструкции колонны для контактирования газа (пара) с жидкостью является увеличение производительности.
Поставленный технический результат достигается тем, что колонна для контактирования газа с жидкостью состоит из тарелок с S-образными элементами и переливных устройств, при этом каждый S-образный элемент тарелок колонны снабжен вертикальной перегородкой с отбойным козырьком, погруженной нижним кольцом в жидкость на тарелке, причем S-образные элементы с вертикальной перегородкой, установлены по окружности, осесимметрично с одинаковым зазором между смежными окружностями с S-образными элементами, в котором равномерно расположены переливные устройства, представляющие собой трубки.
Установка S-образных элементов с вертикальной перегородкой по окружности, осесимметрично с одинаковым зазором между смежными окружностями с S-образными элементами, позволяет увеличить площадь поверхности контакта фаз между стекающей жидкостью и поднимающимся вверх газом (паром), и будет способствовать интенсификации тепло- и массообменных процессов, что приведет к увеличению производительности.
Выполнение переливных устройств в виде трубок, равномерно расположенных по окружности в зазоре между смежными окружностями с установленными S-образными элементами, позволяет равномерно орошать нижестоящую тарелку, что будет способствовать интенсификации процесса и приведет к увеличению производительности.
На фиг. 1 изображен общий вид в разрезе колонны для контактирования газа (пара) с жидкостью предлагаемой конструкции, на фиг.2 представлен  вид сверху схемы предлагаемой конструкции тарелки.
Колонна для контактирования газа с жидкостью содержит корпус 1, тарелки 2, состоящие из S-образных элементов  с одной глухой стенкой 3 и одной перфорированной вертикальной стенкой 4, вертикальных перегородок 5 с отбойным козырьком 6 и переливных устройств 7, представляющих собой трубки. S-образные элементы установлены по окружности. Таких окружностей, образованных S-образными элементами, может быть несколько на тарелке (на фиг. 1 и 2 показан пример колонны с двумя окружностями, образованными S-образными элементами), при этом данные окружности, образованные S-образными элементами,  расположены осесимметрично с одинаковым зазором между смежными окружностями с S-образными элементами, в котором равномерно расположены переливные устройства 7, представляющие собой трубки. S-образные элементы и вертикальные перегородки 5 с помощью специальных пластин (на фиг.1 не показаны) соединяются между собой и образуют полотно тарелки 2. При этом исключается необходимость в каркасе для крепления элементов тарелки 2. Газовая (паровая) фаза проходит по каналам А, образованным глухой стенкой 3 и перфорированной вертикальной стенкой 4, установленные по окружности. После прохождения канала А, газ (пар) попадает в каналы Б, образованный  перфорированными вертикальными стенками 4 S-образных элементов, установленные по окружности. После чего газ (пар) попадает в жидкость, находящуюся в каналах В, образующихся между перфорированной вертикальной стенкой 4 и вертикальными перегородками 5, установленные по окружности. Образованная газо(паро)-жидкостная эмульсия (пена), отбрасывается отбойными козырьками 6 к переливному устройству 7 в канал Г.
Колонна для контактирования газа с жидкостью работает следующим образом.
Газовая (паровая) фаза поступает с нижележащей тарелки 2 или из куба колонны под тарелку 2 в каналы А, образованные глухой стенкой 3 и перфорированной вертикальной стенкой 4 двух соседних S-образных элементов. Затем газ идет в каналы Б и барботирует через отверстия в перфорированных вертикальных стенках 4 S-образных элементов в жидкость, находящуюся в каналах В между перфорированной вертикальной стенкой 4 и вертикальными перегородками 5. При этом образуется газо(паро)-жидкостная эмульсия (пена), имеющая меньший удельный вес, чем жидкость, стекающая с вышележащей тарелки 2 или поступившая из соседнего канала В тарелки 2. За счет меньшего удельного веса газо(паро)-жидкостная эмульсия, имеющая развитую поверхность контакта, поднимается вверх по каналу В (происходит явление газлифта). При этом осуществляется контакт между газом (паром) и жидкостью. Затем газо(паро)-жидкостная смесь отбрасывается по направлению к переливному устройству 7 отбойными козырьками 6 в канал Г, где происходит отделение газа (пара) от жидкости. Далее процесс повторяется до перелива жидкости с вышележащей тарелки 2 на нижележащую.
При увеличении количества газа (пара), поднимающегося вверх по колонне, давление под тарелкой 2 в канале А и в канале Б над жидкостью увеличивается, поэтому уровень жидкости в канале Б понижается и через большее количество отверстий в перфорированной вертикальной стенке  4 S-образного элемента начинается барботаж газа с жидкостью. При уменьшении количества поднимающегося газа (пара) по колонне уровень жидкости в канале Б вновь повышается, и часть отверстий для прохода газа (пара) в перфорированной вертикальной стенке 4 закрывается жидкостью.
Жидкость, поступающая на тарелку 2 колонны с вышележащей тарелки 2, движется по направлению к переливному устройству 7, причем перемешивание жидкости на тарелке 2 исключается в связи с установкой вертикальных перегородок 5 с отбойными козырьками 6.
Таким образом, установка S-образных элементов с вертикальной перегородкой по окружности, осесимметрично с одинаковым зазором между смежными окружностями с S-образными элементами, в котором равномерно расположены переливные устройства, представляющие собой трубки, позволяет увеличить площадь поверхности контакта фаз между стекающей жидкостью и поднимающимся вверх паром, а также позволяет обеспечивать наибольшую скорость тепло- и массопереноса на тарелке, а значит увеличивает время работы колонны и ее производительность в целом.