КЛАПАННАЯ ТАРЕЛКА

Предлагаемое устройство относится к массообменным аппаратам и может быть использовано в химическом и нефтехимическом машиностроении, металлургии, в сфере энергетики, строительства и других отраслях промышленности, а также в экологических процессах очистки сточных вод, дымовых газов и вентиляционных выбросов.
Известны контактные элементы клапанных тарелок различной формы: круглые, прямоугольные, трапециевидные, с одинаковой или разной высотой подъема по периметру клапана (Александров И.А. Ректификационные и абсорбционные аппараты.- М.: Химия, 1978, с.18, 20). Достоинство всех конструкций клапанных тарелок - широкий диапазон нагрузок по газу (пару), что достигается изменением живого сечения тарелки при изменении нагрузки по газу.
К причинам, препятствующим достижению заданного технического результата, относится малая поверхность пузырьков газа из-за их большого размера и малого числа, что уменьшает эффективность массопереноса.
Известна конструкция контактного элемента клапанной тарелки, выполненный в виде диска, связанного с перфорированным цилиндром, при этом перфорация выполнена с уменьшением площади сечения к диску. (RU №2104732, С1, В01D 3/30, В01D 3/22, 1998).
К причинам, препятствующим достижению заданного технического результата, относится недостаточная поверхность массопереноса из-за образования крупных пузырьков газа, что уменьшает эффективность массопереноса.
Наиболее близким техническим решением по совокупности признаков к заявляемому объекту и принятому за прототип, является клапанная тарелка для процессов массообмена, клапаны которой снабжены ножками, выполняющими роль опорного элемента, ограничивающими подъем клапана, а ножки клапана или сам клапан имеют уступы, обеспечивающие посадку клапана с зазором по отношению к плоскости тарелки, (а.с. СССР №186967, В01d, 1966).
К причинам, препятствующим достижению заданного технического результат, относится недостаточная эффективность массопереноса из-за образования крупных пузырьков газа выходящих из клапана и приводящая к малой поверхности контакта фаз.
Техническим результатам предлагаемой конструкции клапанной тарелки является увеличение эффективности массопереноса за счет увеличения поверхности контакта жидкой и газовой (паровой) фаз путем резкого увеличения числа пузырьков и уменьшения размеров пузырьков газа, образующихся на выходе из каждого клапана.
Поставленный технический результат достигается тем, что в клапанной тарелке для процессов массообмена, клапаны которой снабжены опорным элементом с уступами, ограничивающими подъем клапана, обеспечивающим посадку клапана с зазором по отношению к плоскости тарелки, при этом опорный элемент выполнен в виде цилиндра из пористого материала.
Выполнение опорного элемента в виде цилиндра из пористого материала, позволяет при барботаже газовой (паровой) фазы через поры резко уменьшить размеры пузырьков и увеличить их число, что увеличивает поверхность контакта фаз и способствует увеличению массопереноса.
Закрепление на наружней боковой поверхности цилиндра из пористого материала уступов предупреждает опускание клапана на поверхность тарелки при малых расходах газовой (паровой) фазы и ограничивает осевое перемещение при больших расходах газовой (паровой) фазы, что позволяет вести эффективный массоперенос между фазами при значительных колебаний расхода газовой (паровой) фазы.
Таким образом, выполнение опорного элемента каждого клапана в виде цилиндра из пористого материала с закрепленными на его наружней боковой поверхности уступов, приводит к росту эффективности массопереноса в широком диапазоне изменения расходов газовой (паровой) фазы за счет увеличения поверхности контакта жидкой и газовой фаз, путем резкого уменьшения размеров пузырьков газа и увеличения их числа.
Для изготовления опорного элемента в виде цилиндра можно использовать пористые материалы из термически соединенных металлических зерен, полимерных гранул или металлокерамических частиц, широко применяемых в аэро- и гидродинамике, в машиностроении при фильтровании масла в подшипниках, в химической технологии при фильтровании жидкостей и газов. Эти материалы не являются дефицитными и дорогими [А.Д.Машков. Пористые антифрикционные материалы. Издание второе, дополненное. - М.: Машиностроение, 1968, 207 с; Ю.П.Солнцев, Е.И.Прехин. Материаловедение. Учебник для вузов. Издание четвертое, перераб. и дополненное. - Спб.: Химиздат, 2007, с.491-493; ГОСТ26802-86].
На фигуре представлен общий вид в разрезе предлагаемой конструкции клапанной тарелки.
Клапанная тарелка 1 состоит из клапана 2, опорного элемента в виде цилиндра 3, выполненного из пористого материала, на наружней боковой поверхности которого закреплены уступы 4. Цилиндр 3 установлен с зазором 5 по отношению к плоскости тарелки для свободного осевого перемещения в отверстиях клапанной тарелки 1.
Клапанная тарелка работает следующим образом. Газ (пар) подается в цилиндр 3, закрепленный с зазором 5 в теле тарелки 1 и выходит через поры пористого материала, образуя большое количество мелких газовых (паровых) пузырьков с большой поверхностью контакта с жидкостью на тарелке 1, что приводит к интенсивному массообмену между газовой (паровой) и жидкой фазами. При увеличении расхода газовой фазы, клапан приподнимается на величину, ограниченную уступами 4, тем самым увеличивая поверхность массопереноса за счет увеличенной площади пористого материала, участвующей в массообмене. При нестабильных значениях расхода уступы 4 способствуют поддержанию устойчивого массопереноса, не позволяя полностью закрыться клапану 2 при минимальных значениях расхода и не выпасть из тела тарелки 1 при максимальных значениях расхода газовой (паровой) фазы.
Таким образом, предлагаемая конструкция клапанной тарелки позволяет повысить эффективность массопереноса за счет резкого увеличения числа пузырьков газа или пара при уменьшении их размеров, а значит возрастания поверхности контакта жидкой и газовой (паровой) фаз..