Тепломассообменная тарелка с барботажным контактным устройством

Предлагаемое техническое решение относится к тепломассообменным процессам в системе жидкость-газ и может найти применение в химической, нефтехимической, металлургической, энергетической, фармацевтической, пищевой и других отраслях промышленности, а также в экологических процессах очистки дымовых газов и вентиляционных выбросов.
Известна контактная тарелка массо-теплообменных аппаратов, включающая основание в виде плоского листа с отверстиями, над отверстиями тарелки помещены лопастные вращающиеся завихрители, с целью создания возможности возвратно-поступательного движения завихрителей,  они снабжены стойками с пазами, прикрепленными к плоскости тарелки (авт. св. СССР №349402, B 01 D 3/30, 1972 г.).
К причинам, препятствующим достижению заданного технического результата, относится малый оборот вращения лопастного завихрителя, который затрагивает только верхнюю часть уровня жидкости, который приводит к невысокой скорости массопереноса на границах раздела фаз жидкости и газа, что снижает производительность массообменного устройства.
Известна тепломассообменная тарелка, содержащая перфорированное основание, переливное устройство, на основании тарелки на горизонтальной оси установлены струйно-барботажные контактные устройства, представляющие собой радиальные треугольные лопатки, соединенные с осью вращения, лопатки изготовлены из листового материала и имеют две боковые и одну нижнюю стенки (описание полезной модели к патенту  152191, РФ, B01 D 3/30, 2015 г.).
К причинам, препятствующим достижению заданного технического результата, относится малая скорость вращения радиальных лопаток, что приводит к снижению производительности.
Известна тепломассообменная тарелка, содержащая перфорированное основание, переливное устройство и установленное на основании тарелки барботажное контактное устройство, представляющее собой лопатки, соединенные с осью вращения, отличающаяся тем, что нижняя часть переливного устройства отогнута в сторону контактного устройства, установленного на вертикальной оси, а на свободном конце каждой лопатки сверху установлен пластинчатый упор(описание полезной модели к патенту  171763, РФ, B01 D 3/30, 2017 г.).
К причинам, препятствующим достижению заданного технического результата, относится недостаточная скорость перемешивания верхних слоев уровня жидкости и на границах раздела фаз жидкости и газа, что приводит к снижению производительности.
Наиболее близкой по технической сущности и достигаемому результату является тепломассообменная тарелка, содержащая перфорированное основание, переливное устройство и установленное на основании тарелки барботажное контактное устройство, представляющее собой лопатки, соединенные с осью вращения, нижняя часть переливного устройства отогнута в сторону контактного устройства, установленного на вертикальной оси, а на свободном конце каждой лопатки сверху установлен пластинчатый упор, причем контактное устройство выполнено из материала с положительной плавучестью (описание полезной модели к патенту  180153, РФ, B01 D 3/30, 2018 г.).
К причинам, препятствующим достижению заданного технического результата, относится недостаточная скорость массообмена из-за недостаточной поверхности контакта фаз, образующейся между поднимающегося газа к лопаткам барботажного контактного устройства и стекающей вниз жидкости, что приводит к неравномерной работе поверхности тарелок и снижению производительности.
Техническим результатом предлагаемой конструкции является повышение производительности.
Поставленный технический результат достигается тем, что в тепломассообменной тарелке, содержащей перфорированное основание, переливное устройство и установленное на основании тарелки барботажное контактное устройство, выполненное из материала с положительной плавучестью, причем контактное устройство выполнено в форме кольца, в верхней части которого натянуто полотнище, а диаметр кольца определяется соотношением:
(1)
где d и D – соответственно диаметр кольца и внутренний диаметр           аппарата, м.
Выполнение контактного устройства в форме кольца позволяет значительно облегчить массу конструкции тарелки, из-за чего она сможет всплывать на поверхности жидкости и не имея жесткого соединения с внутренней поверхностью корпуса аппарата, сможет совершать как горизонтальные, так и вертикальные колебания, что в итоге повысит производительность.
Выбор диаметра кольца по отношению к внутреннему диаметру массообменного аппарата в соответствии с условием (1) обеспечивает монтажный зазор между стенкой аппарата и кольцами, что позволяет легко устанавливать их внутри аппарата и демонтировать из него, а также обеспечивает высокую степень очистки жидкости или газа.
Уменьшение заявленного отношения ниже указанного предела d/D<0,95 может привести к высоким колебаниям кольца в горизонтальном направлении при большой скорости массообменного процесса, особенно в аппаратах большого диаметра, что может привести к переворачиванию кольца и уменьшению степени очистки.
Увеличение заявленного отношения выше указанного предела d/D>0,97 может привести к сложностям при монтаже и демонтаже кольца насадки в аппарате из-за малости зазора между стенкой аппарата и кольца, особенно для аппаратов небольшого диаметра. Поэтому в аппаратах большого диаметра отношение диаметра кольца и внутреннего диаметра аппарата должно приближаться к нижнему пределу условия (1), а в аппаратах малого диаметра – к верхнему пределу этого условия, что обеспечивает высокую степень очистки.
Выполнение кольца с натянутым в верхней части полотнищем позволяет увеличивать поверхность контакта фаз между поднимающимся вверх газом и стекающей вниз жидкостью, что способствует увеличению производительности.
На фиг. 1 представлен общий вид в разрезе предлагаемой конструкции тепломассообменной тарелки с барботажным  контактным устройствам представляющей кольцо с натянутым полотнищем; на фиг. 2 – вид на кольцо с натянутым полотнищем.
Тепломассообменная тарелка состоит из перфорированного основания 1, барботажного контактного устройства, представляющие собой кольцо 2, выполненное из материала с положительной плавучестью, с диаметром d, определяемому соотношением (1).  На внешней поверхности в верхней части кольца 2, выполненного из материала с положительной плавучестью, натягивается полотнище 3.  На перфорированном основании 1 находится переливное устройство 4, которое предназначено для стекания жидкости с вышележащей тарелки.
Тепломассообменная тарелка  работает следующим образом.
Жидкость с вышележащей тарелки поступает на перфорированное основание 1, переливается с одной тарелки на другую за счет переливного устройства 5.  Благодаря свойствам материала, обладающего положительной плавучестью, кольцо 2 будет всплывать. Газ, поступающий  с нижележащей тарелки, проходит через отверстия перфорированного основания 1, образуя пузырьки, которые участвуют в тепломассообменном процессе с жидкостью, находящейся на тарелке. При прохождении через полотнище 3, натянутое в верхней части кольца 2 на внешней его поверхности, захватывается жидкость и газ, и начинается интенсивное их перемешивание.
Таким образом, выполнение контактного устройства в форме кольца  с положительной плавучестью, в верхней части которого натянуто полотнище, при этом диаметр кольца определяется соотношением (1), позволяет значительно облегчить массу конструкции тарелки, из-за чего она сможет всплывать на поверхности жидкости, может совершать как горизонтальные, так и вертикальные колебания, будет увеличиваться поверхность массообмена  верхних слоев жидкости, на границах раздела фаз жидкости и газа,  что приводит к  увеличению скорости тепломассообменных процессов между жидкостью и газом, что в целом значительно повышает производительность тарелки.