ТЕПЛОМАССООБМЕННАЯ ТАРЕЛКА СО СТРУЙНО-БАРБОТАЖНЫМИ КОНТАКТНЫМИ УСТРОЙСТВАМИ

Настоящая полезная модель предназначена для проведения тепломассообменных процессов в системе газ-жидкость и может найти применение в колонных аппаратах химической, нефтехимической, металлургической, энергетической и пищевой промышленности.
Известна массообменная тарелка, выполненная в виде перфорированного диска, в отверстиях которого установлены роторы, выполненные в виде скрепленных между собой Х-образных пластин, установленных на центральной оси [см. А.с. СССР №31 1648, B01D 3/30, 1970].
Недостатком изобретения является низкая интенсивность массообменных процессов и малое время контакта фаз. Кроме того, при увеличении скорости газа наблюдается значительный капельный унос жидкости газовым потоком.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является контактная тарелка для массообменных процессов, содержащая перфорированное основание, в отверстиях которого установлены роторы, переливное устройство [см. патент RU 2049514, B01D 3/30, 1992]. На тарелке над роторами установлены перфорированные по образующей полуцилиндры, закрытые жалюзийными отбойниками-сепараторами, а снизу к полотну тарелки прикреплен полуцилиндр, перекрывающий наполовину отверстия в тарелке.
Недостатком этого изобретения является невысокая эффективность массообменных процессов вследствие малой удельной площади поверхности контакта фаз. Кроме того, устройство обладает высоким гидравлическим сопротивлением, которое обусловлено необходимостью прохождения потока газа через слой жидкости находящейся на контактной тарелке.
Задача, на решение которой направлена заявленная полезная модель, заключается в повышении эффективности тепломассообменных процессов в системе газ-жидкость за счет увеличения удельной площади поверхности контакта фаз и уменьшения гидравлического сопротивления проходу газа.
Поставленная задача решается тепломассообменной тарелкой, состоящей из перфорированного основания, горизонтальной оси, на которой установлены струйно-барботажные контактные устройства, представляющие собой радиальные треугольные лопатки, соединенные с осью вращения переливного устройства. Радиальные лопатки изготовлены из листового материала и имеют две боковые и одну нижнюю стенки, причем по периметру на конце лопаток выполнены треугольные прорези. В отверстиях основания установлены патрубки в сторону нижележащей тарелки так, чтобы они не препятствовали вращению струйно-барботажных контактных устройств, причем отверстия в основании тарелки выполнены таким образом, чтобы поток жидкости с вышележащей тарелки приходился на внешние грани радиальных лопаток.
Техническим результатом полезной модели является увеличение удельной площади поверхности контакта фаз и уменьшение гидравлического сопротивления проходу газа, и, как следствие, повышение эффективности тепломассообменных процессов в системе газ-жидкость.
Сущность полезной модели поясняется следующим чертежом:
- на фиг. 1 изображена предлагаемая тепломассообменная тарелка со струйно-барботажными контактными устройствами - продольный разрез.
Тепломассообменная тарелка состоит из перфорированного основания 1, переливного устройства 2 и горизонтальной оси 3 (фиг. 1). На горизонтальной оси 3 установлены струйно-барботажные контактные устройства, представляющие собой равнорасположенные радиальные треугольные лопатки 4, соединенные с осью вращения 3. В отверстиях основания 1 установлены патрубки 5 в сторону нижележащей тарелки, которые предназначены для стекания жидкости с вышележащей тарелки. Радиальные лопатки 4 выполнены из листового материала и имеют две боковые и одну нижнюю стенки, причем по периметру на конце лопаток 4 выполнены треугольные прорези. Патрубки 5 установлены так, чтобы они не препятствовали вращению струйно-барботажных контактных устройств. Отверстия в основании 1 выполнены таким образом, чтобы поток жидкости с вышележащей тарелки приходился на внешние грани радиальных лопаток 4.
Предлагаемая тепломассообменная тарелка со струйно-барботажными контактными устройствами работает следующим образом.
Жидкость с вышележащей тарелки поступает в патрубки 5 через отверстия, выполненные в основании 1, при этом поток жидкости создает крутящий момент на горизонтальной оси 3 струйно-барботажного контактного устройства и приводит к его вращению. Переливное устройство 2 служит для постоянного поддержания уровня жидкости до горизонтальной оси 3 струйно-барботажных контактных устройств. Газ, поступающий с нижележащей тарелки, заполняет верхнюю его часть.
При вращении струйно-барботажных контактных устройств радиальные лопатки 4 захватывают жидкость или газ. Для исключения преждевременного выхода захваченной жидкости или газа радиальные лопатки 4 имеют две боковые и одну нижнюю стенки, при этом с целью увеличения удельной площади поверхности контакта фаз и образования свободно стекающих струй по периметру на конце радиальных лопаток 4 выполнены прорези треугольной формы.
При вращении струйно-барботажных контактных устройств газ, находящийся внутри лопаток 4, погружается в слой жидкости, где происходит барботаж вытесненного объема газа через слой жидкости в виде пузырьков. Когда объем газа станет равным нулю, лопатки 4 захватывают жидкость, которая при дальнейшем вращении струйно-барботажных контактных устройств стекает в виде струй на поверхность потока жидкости. При этом размеры образующихся струй и пузырей в основном определяются размерами выполненных треугольных прорезей на конце радиальных лопаток 4. Для обеспечения максимальной эффективности тепломассообменных процессов длину нижней стенки радиальных лопаток струйно-барботажных контактных устройств принимают равной 20-50% от общей длины лопаток.
В предлагаемой тепломассообменной тарелке увеличивается по сравнению с прототипом удельная площадь поверхности контакта фаз, т.к. при взаимодействии контактирующих фаз происходит не только барботаж пузырьков газа через слой жидкости, но и свободное стекание струй жидкости на поверхность потока, т.е. важным отличием струйно-барботажных контактных устройств является интенсивный противоточный контакт между газом и жидкостью. Кроме того, предлагаемая тепломассообменная тарелка обладает низким гидравлическим сопротивлением, т.к. поток газа не проходит через слой жидкости, находящейся на тарелке.
Таким образом, увеличение удельной площади поверхности контакта фаз и уменьшение гидравлического сопротивления проходу газа в предлагаемой тепломассообменной тарелке со струйно-барботажными контактными устройствами приводит к повышению эффективности тепломассообменных процессов в системе газ-жидкость.