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, состоящая из основания в форме диска, барботажных колпачков, выполненных в виде цилиндрических или конических стаканов с прорезями в их нижней части, переливных труб и гидрозатвора, на колпачках выполнены расположенные в горизонтальной плоскости пластинчатые ребра, причем ребра соседних колпачков перекрывают друг друга и расположены в различных плоскостях, образуя, при взаимном перекрытии лабиринтные ходы для обрабатываемого в аппарате продукта, а ребра соседних колпачков на касаются поверхностей других колпачков (Патент РФ №2602113, В01D 3/00, 2015 г.).
К причинам, препятствующим достижению заданного технического результата, относится незначительная поверхность контакта фаз из-за отсутствия дисперсной фазы между тарелками, что ухудшает протекание тепло - и массообменных процессов, увеличивает необходимое время этих процессов и снижает производительность.
Известна ректификационная колонная с колпачковыми тарелками, включающая корпус с технологическими штуцерами, тарелки с паровыми патрубками и переливными устройствами, а также колпачки с вертикальными прорезями, а горизонтальные кромки прорезей колпачков снабжены лопатками, расположенными с наружной стороны колпачков радиально и в горизонтальной плоскости. (Патент РФ №2500452, В01D 3/16; 2009 г.).
К причинам, препятствующим достижению заданного технического результата, относится отсутствие капель жидкости между тарелками, что снижает интенсивность тепло- массообменных процессов и уменьшает производительность колонны.
Известен полый распылительный абсорбер, представляет собой колонну, в верхней части, корпуса которой имеются форсунки для распыливания жидкости (главным образом механические) (Процессы и аппараты химической технологии. Общий курс в 2 кн. / В.Г. Айнштейн, М.К. Захаров, Г.А. Носов [и др.]; Под ред. В.Г. Айнштейна. - 5-е изд. - М: БИНОМ. Лаборатория знаний, 2014. - 920-921 с.)
К причинам, препятствующим достижению заданного технического результата, относится интенсивное продольное перемешивание в обеих фазах вследствие чего приводит к уменьшению движущей силы процесса, а также способствует увеличению уноса газом капель жидкости, кроме того отсутствие дисперсной паровой или газовой фазы, что снижает производителность.
Наиболее близким техническим решением по совокупности признаков к заявляемому объекту и принятому за прототип является тарелка с диаметрально расположенными приемными и переливными карманами, снабженными сливными и переливными трубами, паровыми патрубками и колпачками, расположенными на плите тарелки (Касаткин А.Г., Основные процессы и аппараты химической технологии. - М.: Химия, 1971. - 477 с.).
К причинам, препятствующим достижению заданного технического результата, относится создание дисперсной фазы только по пузырькам газа и отсутствие дисперсной фазы по каплям жидкости между тарелками, что приводит к снижению поверхности контакта фаз и производительности.
Техническим результатом предлагаемой конструкции тарелки является увеличение производительности.
Поставленный технический результат достигается тем, что на колпачковой тарелке, образованной плитой с расположенными на ней паровыми патрубками, и колпачками, и переливными трубами, переливные трубы равномерно распределены на плите тарелки между паровыми патрубками и снабжены в нижней части распылителями жидкости, при этом длина переливных патрубков связана с расстоянием между тарелками выражением:
где - длина переливного патрубка, м;
Н - расстояние между тарелками, м.
Равномерное распределение переливных патрубков на плите тарелки между паровыми патрубками позволяет сохранять одинаковый по толщине слой жидкости на плите тарелки, что приводит к стабильной работе колпачков на паровых патрубках с образованием одинакового числа и размеров пузырьков газа без струйного течения газа на одних колпачках, где уровень жидкости низкий и прекращения образования пузырьков газа на колпачках, где уровень жидкости высокий. Это увеличивает поверхность пузырьков пара, интенсифицирует тепло- массообменные процессы между фазами и как следствие приводит к увеличению производительности. Кроме того, при предлагаемом расположении переливных патрубков на плите тарелки равномерно между паровыми патрубками нет необходимости в отдельном расположении на периферии плиты тарелки приемных и переливных карманов, что увеличивает рабочую поверхность плиты тарелки, на которой можно расположить патрубки с колпачками и переливные трубы, и также способствует росту производительности.
Снабжение переливных труб в нижней части распылителями жидкости позволяет создавать капли жидкости между тарелками, которые падают вниз навстречу сплошной паровой фазе, что приводит к дополнительной тепло- и массопередачи между фазами и способствует росту производительности.
l/H
Уменьшение длины переливного патрубка по сравнению с заявляемой относительной величиной =0,4  в выражении (1) приводит к уносу образующихся капель в паровые трубы вместе с паром, что может привести к снижению тепло- и массопереноса между сплошной паровой и дисперсной жидкой фазами и снизить производительность.
l/H
Увеличение длины переливного патрубка по сравнению с заявленной относительной величиной =0,6 в выражении (1) приводит к малому времени осаждения капель между тарелками, что снижает время контакта этих капель с паровой сплошной фазой, уменьшает тепло- и массообмен между ними и снижает производительность.
На фиг. 1 представлена схема предлагаемой конструкции тарелки в разрезе, на фиг. 2 - вид сверху.
Тарелка состоит из плиты 1 с расположенными на ней паровыми патрубками 2 и колпачками 3 над этими патрубками, переливными трубами 4, равномерно распределенными между паровыми патрубками 2 на плите 1 тарелки, причем длина  каждой переливной трубы 4 выбирается в соответствие с выражением (1). Каждая переливная труба 4 снабжена в нижней части распылителем жидкости 5.
Колпачковая тарелка работает следующим образом. С вышележащей тарелки по переливным трубам 4 стекает жидкость и в виде капель, образующихся на выходе из распылителя жидкости 5, попадает на нижележащую плиту 1 тарелки, образую на ней слой жидкости.
Пар, поднимаясь снизу вверх проходит по паровым патрубкам 2 с образованием в колпачках 3 пузырьки пара, которые, барботируя через слой жидкости на плите 1, поднимаются вверх к вышележащей тарелке.
Капли жидкости, образующиеся на выходе из распределителя 5 падаются сверху вниз навстречу сплошной паровой фазе, при этом идет интенсивный тепло- и массообмен между тарелками.
Таким образом, равномерное распределение переливных труб 4 на плите 1 каждой тарелки длиной  связанной с расстоянием между тарелками Н выражением (1), и снабжение каждой переливной трубы 4 в нижней части распылителем жидкости 5 позволяет проводить процессы тепло- массообменна не только между паровыми пузырьками и сплошной фазой жидкости, находящейся на плите 1 тарелки, но дополнительно проводить эти процессы между каплями жидкости, образующимися на выходе из распылителей жидкости 5 и сплошной паровой фазой между тарелками, что интенсифицирует массообменные процессы между фазами и повышает производительность.