МАССООБМЕННАЯ ТАРЕЛКА

Полезная модель относится к массообменным тарелкам, применяемым в колонных аппаратах химической, нефтехимической и пищевой промышленностях, и предназначена для проведения процессов, протекающих в системе газ/пар - жидкость: абсорбция, ректификация.
Известна массообменная тарелка колонного аппарата [А.С. СССР №588308], состоящая из неподвижных перегородок и подвижных элементов, установленных на горизонтальных осях, которые имеют сложнопрофилированные выступы. По форме выступы совпадают с отверстиями подвижных элементов. Размеры выступов и отверстий выбраны такие, что элементы могут поворачиваться на осях на некоторый угол в вертикальной плоскости. Подвижные элементы дополнительно снабжены боковыми выступами, которые подобраны так, что расстояние между ними совпадает с расстояниями между торцевой поверхностью подвижного элемента и боковой поверхностью неподвижной перегородки.
Недостатком данного устройства является то, что, попадая в барботажный слой, газовые пузырьки коалесцируют, образуя крупные газовые конгломераты. В результате, межфазная поверхность в барботажном слое уменьшается, снижается подвижность газожидкостной системы, что в совокупности вызывает низкую эффективность работы тарелки.
Известна массообменная тарелка колонного аппарата [А.С. СССР №664681], включающая в себя переливные устройства, клапана, прикрывающие в теле тарелки отверстия, через которые проходит газовая фаза, и неподвижные перегородки, установленные перпендикулярно плоскости тарелки под некоторым углом к направлению течения жидкости по ней. Перегородки, удлиняя путь протекающей по тарелке жидкости, увеличивают время пребывания ее в барботажном слое. Однако они не оказывают активного воздействия на гидродинамику газожидкостной системы и не влияют на слой при изменении нагрузок на тарелку по жидкой и газовой фазам, что не соответствует наибольшей эффективности ее работы.
Известна массообменная тарелка колонного аппарата [заявка №4216660/26 - 048890 от 27.03.1987], которая состоит из подвижных элементов и неподвижных перегородок. При этом подвижные элементы, насаженные на оси, имеют возможность поворачиваться на некоторый угол за счет сложнопрофилированных выступов на оси и в отверстиях элементов. К подвижным элементам перпендикулярно плоскости тарелки жестко прикрепляются вертикальные пластины - турбулизаторы, перфорированные круглыми отверстиями.
Недостатком данного устройства является то, что при переменных нагрузках по жидкой и газовой фазам невозможно оптимизировать процесс, т.е. вести его с наибольшей эффективностью, т.к. тарелка с фиксированным свободным сечением позволяет вести процесс массообмена только при фиксированных нагрузках.
Наиболее близкой является массообменная тарелка, распределительное устройство которой выполнено из двух пластин в форме спиралей Архимеда [Атоянц В.С. Диссертация, Ленинград, 1974 г.]. Нижняя пластина устройства неподвижна, а верхняя может поворачиваться относительно центральной оси, тем самым изменяя расстояние между спиралями. Взаимное расположение верхней и нижней спиралей Архимеда определяет величину свободного сечения тарелки, возможность ее работы при меняющихся нагрузках по фазам.
Недостатком данной тарелки является то, что при изменении ее свободного сечения на ней образуется барботажный слой с неупорядоченной структурой газовых включений - пузырьков. При этом размеры последних меняются в широком диапазоне и достигают величин, сопоставимых с внутренними размерами массообменного аппарата.
Задачей предлагаемой полезной модели является структурирование барботажного слоя вне зависимости от нагрузок на тарелку по фазам с целью достижения на ней максимальной межфазной поверхности и оптимальной эффективности массообмена.
Задача решается тем, что подвижная и неподвижная горизонтальные пластины 1 в форме спиралей Архимеда (Фиг.1, Фиг.2), расстояние между которыми изменяется путем вращения горизонтальных спиралей, снабжаются вертикальными пластинами - стабилизаторами пены 2. Вертикальные пластины 2 по форме повторяют спирали Архимеда и жестко крепятся по всей своей длине к внешней кромке горизонтальных пластин с одной стороны. Площадь вертикальных пластин перфорирована отверстиями 3, форма, геометрические размеры и шаг которых зависят от характера газовой и жидкой сред и параметров процесса массообмена. В частности, они могут иметь круглую форму.
Тарелка работает следующим образом. Снизу на тарелку по колонне подается газовая фаза I, а сверху - жидкая фаза II. Газ (пар) проходит в щели 4 между подвижной и неподвижной пластинами в противотоке с жидкой фазой. В результате, на тарелке образуется газожидкостная система - барботажный слой, находящийся между неподвижной и подвижной перфорированными пластинами - стабилизаторами пены. Расстояние между пластинами изменяется путем вращения горизонтальных спиралей с шагом меньшим или равным h в зависимости от расхода (нагрузок) по жидкой и газовой фазам. При этом, например, если расходы увеличиваются, то расстояние между пластинами подбирается так, чтобы на тарелке устанавливался барботажный слой с однородными по размеру газовыми пузырьками, отвечающими максимальной межфазной поверхности и оптимальному режиму массообменного процесса.