СТРУКТУРИРОВАННАЯ КОНТАКТНАЯ ГАЗОЖИДКОСТНАЯ ТАРЕЛКА

Полезная модель относится к устройствам для осуществления контакта газа (пара) и жидкости в процессах абсорбции или ректификации и может найти применение в химической, нефтехимической, нефтеперерабатывающей и других отраслях промышленности, реализующих эти процессы разделения смесей.
Наиболее близким техническим решением к заявляемой полезной модели является контактная газожидкостная тарелка компании KOCH-GLITSCH (США), включающая основание с отверстиями и установленными в них фиксированными клапанами. Клапаны установлены на основании контактной газожидкостной тарелки на двух лапках, имеющих одинаковую высоту, при этом крышка фиксированного клапана расположена параллельно основанию тарелки. (Лаптев А.Г., Фарахов М.И., Минеев Н.Г. Основы расчета и модернизация тепломасообменных установок в нефтехимии. - Казань: Казан. гос. энерг. ун-т, 2010. с.115, рис.2.7., г - клапаны VG-10 KOCH-GLITSCH LP).
Недостатком известной контактной газожидкостной тарелки является то, что отверстия, расположенные вблизи приемной планки, где столб жидкости выше, работают с наименьшей эффективностью, вследствие образования застойных зон и наличия провала жидкости. Кроме этого, из-за гидравлического градиента уровня жидкости, скорость газа (пара) меньше у приемной планки и выше у сливной планки, что снижает эффективность работы контактной газожидкостной тарелки по всей ее площади.
Задачей полезной модели является повышение эффективности контакта фаз и интенсификации процессов тепло- и массообмена за счет структурирования потока газа по длине контактной газожидкостной тарелки и выравнивания профиля скорости газа.
Технический результат достигается тем, что в структурированной контактной газожидкостной тарелке для осуществлении контакта газа (пара) и жидкости, содержащей карман для приема жидкости с приемной планкой, сливную планку, основание с отверстиями и установленными над ними фиксированными клапанами, каждый из которых имеет крышку и лапку, при этом передняя часть крышки фиксированного клапана со стороны сливной планки выполнена трапецеидальной формы, сужающейся в направлении к сливной планке, а задняя часть крышки фиксированного клапана со стороны приемной планки выполнена прямоугольной формы, согласно предлагаемой полезной модели, крышка фиксированного клапана выполнена наклонной и составляет с основанием острый угол наклона, а с лапкой - тупой угол, основание с отверстиями и установленными над ними фиксированными клапанами разделено на три секции, при этом каждая секция имеет свое относительное свободное сечение отверстий, уменьшающееся по направлению движения жидкости от приемной планки к сливной планке, и свой угол наклона крышки к основанию, уменьшающийся по направлению движения жидкости от приемной планки к сливной планке, причем передняя часть крышки каждого фиксированного клапана со стороны сливной планки, жестко установлена на лапке, ширина которой соответствует меньшей ширине передней части крышки фиксированного клапана, а отверстия с установленными над ними фиксированными клапанами расположены на основании в шахматном порядке.
Сущность полезной модели поясняется чертежами, где на фиг.1 изображен общий вид предлагаемой структурированной контактной газожидкостной тарелки, на фиг.2 - разрез фиксированного клапана (разрез А-А на фиг.1), на фиг.3 - общий вид фиксированного клапана.
Структурированная контактная газожидкостная тарелка (фиг.1) содержит карман 1 для приема жидкости (приемный карман 1) с приемной планкой 2, сливную планку 3, основание 4 с отверстиями 5 и установленными над ними фиксированными клапанами 6. Каждый фиксированный клапан 6 (фиг.2) имеет крышку 7 и лапку 8. Крышка 7 имеет переднюю часть (со стороны сливной планки 3) и заднюю часть (со стороны приемной планки 2). Передняя часть крышки 7 (со стороны сливной планки 3) выполнена трапециевидной формы, сужающейся по направлению к сливной планке 3, т.е. отверстия 5 под фиксированные клапаны 6 и сами фиксированные клапаны 6 размещаются на основании 4 таким образом, что сужающаяся часть крышки 7 обращена к сливной планке 3. Задняя часть крышки 7 (со стороны приемной планки 2) выполнена прямоугольной формы (фиг.1 и фиг.3).
Отличием предлагаемой структурированной контактной газожидкостной тарелки является то, что крышка 7 фиксированного клапана 6 выполнена наклонной и составляет с основанием 4 острый угол а наклона, а с лапкой - тупой угол β (фиг.2).
Основание 4 с отверстиями 5 и установленными над ними фиксированными клапанами 6 разделено на три секции «а», «б» и «в» (фиг.1).
Каждая секция «а», «б» и «в» имеет свое относительное свободное сечение отверстий 5, т.е. в каждой секции «а», «б» и «в» соответствующая группа отверстий 5 имеет свое относительное свободное сечение отверстий (в секции «а» - 12%, секции «б» - 10% и секции «в» - 8%), а, следовательно, свое гидравлическое сопротивление, что выравнивает профиль скорости газа (пара). Относительное свободное сечение отверстий 5 уменьшается по направлению движения жидкости от приемной планки 2 к сливной планке 3.
Каждая секция «а», «б» и «в» имеет и свой угол α наклона крышки 7 к основанию 4, т.е. в каждой секции «а», «б» и «в» соответствующая группа фиксированных клапанов 6 имеет свой угол α наклона крышки 7 к основанию 4. Угол α наклона крышки 7 к основанию 4 уменьшается по направлению движения жидкости от приемной планки 2 к сливной планке 3.
Передняя часть крышки 7 каждого фиксированного клапана 6 (со стороны сливной планки 3) жестко установлена на одной лапке 8 (фиг.2). Ширина лапки 8 соответствует меньшей ширине передней части крышки 7 фиксированного клапана 6 (фиг.3). Отверстия 5 с установленными над ними фиксированными клапанами 6 расположены на основании 4 в шахматном порядке (фиг.1).
Структурированная контактная газожидкостная тарелка работает следующим образом.
На фиг.2 и фиг.3 сплошной стрелкой показано движение жидкости L, пунктирной - движение газа (пара) G.
Жидкость из приемного кармана 1 с приемной планкой 2 поступает на основание 4 контактной газожидкостной тарелки и движется через секции «а», «б» и «в» по направлению к сливной планке 3. Секции а», «б» и «в» имеют различное свободное сечение отверстий 5, уменьшающееся по направлению к сливной планке 3, что компенсирует влияние гидравлического градиента уровня жидкости.
Благодаря этому, обеспечивается равномерное распределение газа (пара) по всей площади контактной газожидкостной тарелки, устранение застойных зон вблизи приемной планки 2 и интенсификация процессов тепло- и массообмена.
Поток газа (пара) поступает через отверстия 5 в основании 4 контактной газожидкостной тарелки под фиксированные клапаны 6 и поступает в слой жидкости, движущейся по основанию 4 контактной газожидкостной тарелки к сливной планке 3. Ввод газа (пара) в жидкость в направлении сливной планки 3 способствует транспорту жидкости вдоль контактной газожидкостной тарелки, при этом появляется горизонтальная составляющая скорости газа (пара). Струи газа (пара), выходящие из-под фиксированных клапанов 6 направлены под острым углом α к общему направлению движения жидкости на основании 4 контактной газожидкостной тарелки, что повышает турбулизацию потока.
Струи газа (пара), выходящие из-под фиксированных клапанов 6 имеют прямоточную составляющую, подталкивающую жидкость к сливной планке 3. Острый угол α наклона крышек 7 фиксированных клапанов 6 к основанию 4 определяет угол подъема струи газа (пара) на контактной газожидкостной тарелке. Выполнение передней части крышки 7 фиксированного клапана 6 со стороны сливной планки 3 трапециевидной формы, сужающейся по направлению к сливной планке 3, а задней части крышки 7 фиксированного клапана 6 со стороны приемной планки 2 - прямоугольной формы, приводит к дополнительной турбулизации газожидкостного слоя, что способствует повышению эффективности контакта, а также к повышению прямотока и, следовательно, повышению производительности. Поток газа (пара), выходящего в зоне задней части крышки 7 (ее прямоугольной части), направленный под углом к общему направлению движения жидкости на контактной газожидкостной тарелке, способствует дополнительной гидравлической компенсации прямоточной составляющей скорости потока газа (пара), выходящего в зоне передней части крышки 7 (ее сужающейся части), что обеспечивает гидравлически гладкий профиль фиксированного клапана 6, уменьшает провал жидкости на нижнюю контактную газожидкостную тарелку и увеличивает время контакта фаз.
Таким образом, использование предлагаемой полезной модели позволит повысить эффективность контакта фаз и интенсификацию процессов тепло- и массообмена за счет структурирования потока газа (пара) по длине контактной газожидкостной тарелки и выравнивания профиля скорости газа (пара), что обеспечивает структуру потока жидкости, близкую к модели идеального вытеснения в горизонтальной плоскости при полном перемешивании контактного слоя на тарелке, увеличивает время пребывания жидкости на тарелке в контакте с газом (паром).