Колпачковая тарелка

Предлагаемое техническое решение относится к конструкциям колпачковых 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 колпачковая тарелка с диаметрально расположенными приемными и переливными карманами, снабженными сливными и переливными трубами, паровыми патрубками и колпачками, расположенными на плите тарелки (Касатки А.Г. Основные процессы и аппараты химической технологии. - М.: Химия, 1971. - 477 с).
К причине, препятствующей достижению заданного технического результата, относится невозможность регулирования высоты установки колпачков при колебаниях уровня жидкости, что приводит к неравномерности работы части колпачков по расходу газа или пара, переходу части колпачков от барботажа с образованием пузырьков к струйному течению газа или пара, снижению поверхности контакта фаз и производительности.
Известна ректификационная колпачковая тарелка, выполненная в виде диска со сливной трубой в центре и радиальной перегородкой, при этом над сливной трубой установлены колпачки различных диаметров, края которых погружены в жидкость, а кольцевые полости на тарелке разделены цилиндрическими перегородками с отверстиями для перетока жидкости (авт.св. СССР № 144820, класс 12а, 5, 1962 г.).
К причине, препятствующей достижению заданного технического результата, относится то, что при колебаниях уровня жидкости на тарелке колпачки, установленные стационарно на номинальной высоте относительно тарелки, соответствующие среднему уровню жидкости на ней, работают неравномерно из-за чрезмерной подачи пара в жидкость на колпачках, где уровень жидкости упал, и снижению подачи пара в жидкость на колпачках, где уровень жидкости стал выше номинального, что снижает производительность.
Известна массообменная тарелка, включающая перфорированное полотно с переливным порогом и расположенный на полотне теплообменник из труб, отличающаяся тем, что, с целью интенсификации разделения вязкой жидкости, трубы имеют отверстия с ниппелями, а переливной порог выполнен плавающим (авт.св. СССР № 1741844, В01D 5/22, 3/20; 1992 г.).
К причине, препятствующей достижению заданного технического результата, относится то, что плавающий переливной порог меняет высоту жидкости при колебаниях уровня жидкости на тарелке, а при малой высоте жидкости время пребывания пузырьков газа или пара, выходящих из отверстий с ниппелями, будет уменьшаться, что приводит к снижению скорости тепло- и массообменных процессов, а при повышении уровня жидкости на тарелке из-за роста гидравлического сопротивления будет снижать расход газа или пара через отверстия в ниппелях, что уменьшает поверхность тепло- и массопереноса между газом или паром и жидкостью, что будет тоже вызывать снижение производительности.
Известен массообменный аппарат, содержащий корпус, перфорированные диски насадки, имеющие возможность перемещения и выполненные в виде тарелок с переливными патрубками, кольцевые желоба, жестко закрепленные на внутренней боковой поверхности корпуса в местах установки тарелок, и кольца, закрепленные по краям тарелок по окружности с диаметром, равным среднему диаметру желоба, при этом на нижнем торце каждого кольца равномерно по окружности установлены элементы с положительной плавучестью в виде поплавков, а на каждом желобе в зоне переливного патрубка установлены ограничительные пластины (патент РФ № 97931, В01D 3/20, 2010 г.).
К причине, препятствующей достижению заданного технического результата, относится невозможность регулирования высоты колпачков на дисках насадки относительно уровня жидкости на дисках, так как это приводило бы при установке колпачков на дисках либо к уменьшению времени контакта газа или пара с жидкостью при уменьшении уровня жидкости на дисках, либо к уменьшению расхода газа или пара из-за роста гидравлического сопротивления при увеличении уровня жидкости на дисках, что снижало бы эффективность тепло- и массообмена между жидкостью и газом или паром и уменьшало производительность.
Известна тарелка с круглыми капсульными колпачками, которые состоят из основания с круглыми отверстиями и установленными в них патрубками, на которых крепятся колпачки с прорезями в нижней части, при этом колпачки закрепляют на специально изогнутых болтах, приваренных к патрубкам, с помощью шайб и гаек (Машины и аппараты химических производств: учебник для вузов / А.С. Тимонин, Б.Г. Балдин, В.Я. Борщев, Ю.И. Гусев и др. // под общей редакцией А.С. Тимонина - Калуга: издательство «Ноосфера», 2014. - 550 с).
К причине, препятствующей достижению заданного технического результата, относится невозможность регулирования высоты прорезей в нижней части колпачка при колебаниях уровня жидкости относительно основания тарелки, что ухудшает протекание тепло- и массообменных процессов, увеличивает необходимое время этих процессов и снижает производительность.
Наиболее близким техническим решением по совокупности признаков к заявляемому объекту и принятому за прототип является колпачковая тарелка с круглыми колпачками, состоящая из основания с круглыми отверстиями и установленными в них патрубками, на которых крепятся колпачки с прорезями в нижней части, причем колпачки закрепляют с помощью шайб и гаек на специально изогнутых болтах, присоединенных к патрубкам, отличающейся тем, что верхняя часть колпачка выполнена в виде элемента с положительной плавучестью, внутри которого осессиметрично установлена втулка с возможностью скольжения вдоль вертикальной части болта, движение которой ограничивает опорная шайба, закрепленная на нижней вертикальной части болта пластины (патент РФ № 176822, В01D 3/20, 2018 г.).
К причине, препятствующей достижению заданного технического результата, относится недостаточный массоперенос на поверхности слоя жидкости всплывающегося колпачка с положительной плавучестью, что снижает производительность.
Техническим результатом предлагаемой конструкции тарелки с круглыми колпачками является увеличение производительности.
Поставленный технический результат достигается тем, что в колпачковой тарелке с круглыми колпачками, состоящая из основания с круглыми отверстиями и установленными в них патрубками, на которых крепятся колпачки с прорезями в нижней части, причем колпачки закрепляют с помощью шайб и гаек на изогнутых болтах, присоединенных к патрубкам, верхняя часть колпачка выполнена в виде элемента с положительной плавучестью, внутри которого осесимметрично установлена втулка с возможностью скольжения вдоль вертикальной части болта, движение которой ограничивает опорная шайба, закрепленная на нижней вертикальной части болта, причем между колпачками по всему основанию установлены отогнутые переливные устройства, направленные на колпачки низлежащих тарелок.
Установка между колпачками по всему основанию отогнутых переливных устройств, направленных на колпачки низлежащих тарелок, позволяет стекающей жидкости попадать непосредственно на козырьки колпачков низлежащих тарелок, заставляя вращаться под действием струи стекающей жидкости, из-за чего будет происходить интенсивное перемешивание верхних слоев жидкости, и способствовать интенсификации тепло- и массообменных процессов, а также  увеличению производительности.
На фиг. 1 изображен общий вид в разрезе колпачка тарелки  с переливным устройством предлагаемой конструкции, на фиг.2 представлена схема предлагаемой конструкции тарелки.
Колпачковая тарелка состоит из основания 1 с круглыми отверстиями и установленными в них патрубками 2, на которых закреплены на специально изогнутых болтах 3 колпачки 4 с прорезями 5 в нижней части. На верхней части каждого колпачка 4 закреплен элемент 6 с положительной плавучестью.
Внутри элемента 6 с положительной плавучестью осесимметрично с ним установлена втулка 7, имеющая возможность скольжения вдоль верхней вертикальной части болта 3. В нижней вертикальной части болта 3 закреплена опорная шайба 8, а на резьбе в верхней части болта 3 установлены шайба 9 и гайка 10.
На основании 1 между патрубками 2 установлены отогнутые переливные устройства 11, направленные на колпачки 4 низлежащих тарелок, т.е. струи жидкости через переливные устройства 11 попадают на колпачки 4 (а конкретно на элемент 6 с положительной плавучестью) низлежащих тарелок.
Колпачковая тарелка работает следующим образом.
При подаче жидкости на основание 1 колпачок 4 всплывает за счет элемента 6 с положительной плавучестью. Газ или пар, проходя через прорези 5, барботирует с образованием пузырьков. При всяком изменениях уровня жидкости на основании 1 колпачки 4 за счет элемента 6 с положительной плавучестью либо всплывают вместе с увеличением этого уровня, либо опускаются вниз при его уменьшении, сохраняя постоянной высоту столба жидкости между прорезями 5 и поверхностью жидкости, так как втулка 7 имеет возможность скольжения относительно вертикальной части болта 3. Опорная шайба 7 предупреждает опускание втулки 7 на изогнутую часть болта 3 вместе с колпачком 4 и элементом 6 и заклинивание втулки 7, колпачка 4 и элемента 6 на этой изогнутой части болта 3, а шайба 9 с гайкой 10 предупреждают демонтаж колпачка 4 с элементом 6 и втулкой 7 с болта 3 при высоком повышении уровня жидкости на основании 1, так как гайкой 10 можно регулировать максимальную высоту всплывания колпачка 4 с элементом 6 и втулкой 7 относительно основания 1. Жидкость стекает с основания 1 через отогнутые переливные устройства 11 и стекает на нижнюю тарелку, попадает на колпачки 4 – а конкретно на элемент 6 с положительной плавучестью. Под действием напора жидкости колпачки 4, благодаря установленной внутри элемента 6 с положительной плавучестью втулки 7 начинают вращаться относительно болта 3. Это стабилизирует поток пузырьков газа или пара, позволяет дополнительно перемешиваться верхним слоям жидкости, что будет обеспечивать наибольшую скорость тепло- и массопереноса и способствовать высокой производительности на тарелке, а значит увеличивает время работы колонны и ее производительность в целом.
Таким образом, установка между колпачками по всему основанию отогнутых переливных устройств, направленных на колпачки низлежащих тарелок, позволяет обеспечивать наибольшую скорость тепло- и массопереноса и способствовать высокой производительности на тарелке, а значит увеличивает время работы колонны и ее производительность.