КОНТАКТНАЯ ТАРЕЛКА ДЛЯ МАССООБМЕННЫХ АППАРАТОВ

Полезная модель относится к области химического машиностроения, конкретно к массообменным (контактным) тарелкам, и может найти применение в колонных аппаратах для проведения тепломассообменных процессов ректификации, дистилляции, абсорбции в химической и смежных с нею отраслях промышленности.
Из уровня техники известна контактная тарелка для массообменных аппаратов, содержащая основание с отверстиями, над которыми расположены клапаны с ограничительными элементами (см. патент RU №2092221, МПК В01D 3/30, 1997 г.).
Недостатком этого аналога является высокое гидравлическое сопротивление и узкий диапазон регулирования устойчивой работы.
Известна также контактная тарелка для массообменных аппаратов, включающая, основание с отверстиями, над которыми расположены клапаны с ограничительными элементами, а также, расположенные перед отверстиями (по ходу движения жидкости) перфорированные участки основания, см., RU №2372131, B01D 3/30, (2006 г.).
Недостатком этого аналога является относительно высокий провал жидкости и ее вспенивание при барботажном режиме, а также высокий унос капель жидкости при беспровальном режиме работы, что приводит к необходимости увеличения межтарельчатого расстояния и сужает диапазон эффективной и устойчивой работы.
Наиболее близким аналогом к заявленной полезной модели, является контактная тарелка для массообменных аппаратов, содержащая основание с контактными элементами, переливное устройство с гидрозатвором и сливной планкой, соединенной перфорированной наклонной пластиной с основанием тарелки. Под перфорированной наклонной пластиной закреплен поддон для улавливания проваливающейся жидкости и авторегулирования аэрации жидкости. Перфорация наклонной пластины выполнена в виде расположенных под углом 5-10° к основанию тарелки щелевых диффузоров (см. RU №546356, М.кл. B01D 3/22, 77 г.)
Использование перфорированной наклонной пластины позволяет создать в месте ввода жидкости зону аэрирования жидкости, что по (мнению авторов) снижает уровень жидкости на тарелке и понижает сопротивление (в области перфорации) для поступающего на тарелку газа(пара).
Однако аэрирование жидкости перед входом на тарелку не снижает ее уровень на тарелке поскольку объем аэрированной жидкости увеличивается соответственно объему захваченных ею газовых пузырьков. Снижение гидравлического сопротивления тарелки вследствие наличия перфорации наклонной пластины - незначительно, к тому же часть этой перфорации в процессе работы перекрывается жидкостью, накапливающейся на поддоне. Кроме того, при выполнении контактных элементов в виде подвижных клапанов эта контактная тарелка имеет узкий диапазон устойчивой работы при неизбежных колебаниях нагрузок по газу (пару) и жидкости. Это обусловлено тем, что на выходе из перелива, расположенного над основанием, жидкость имеет относительно высокую скорость, при этом под действием газа(пара), истекающего из-за щелевых диффузоров перфорированной наклонной пластине, скорость жидкости еще повышается. Это приводит к тому, что первые (по отношению к току жидкости) 2-3 ряда клапанов находятся под повышенным динамическим воздействием потока жидкости и прижимаются им к основанию (залипают), что приводит к их выключению из работы. При этом остальные клапаны работают с перегрузкой по газу(пару), который через эти клапаны движется с повышенной скоростью. Это приводит к увеличению слоя вспененной жидкости, повышает унос жидкости на вышележащую тарелку, а также приводит к захвату газа(пара) вспененной жидкостью и увлечения его в сливной карман, что снижает эффективность и сужает рабочий диапазон устойчивой работы тарелки.
Технической задачей, решаемой предложенной полезной моделью, является расширение диапазона эффективной и устойчивой работы контактной тарелки без уменьшения ее проходного сечения и увеличения межтарельчатого расстояния.
Решение указанной задачи обеспечено тем, что Технической задачей, решаемой предложенной полезной моделью, является расширение диапазона эффективной и устойчивой работы контактной тарелки без уменьшения ее проходного сечения и увеличения межтарельчатого расстояния.
Решение указанной задачи обеспечено тем, что контактная тарелка для массообменных аппаратов, включает основание с рядами контактных элементов (КГ) и аэрационными элементами (АЭ), примыкающий к основанию переливной карман (ПК) со сливной планкой (СЛП), напротив которого расположен слив переливного кармана (ПК) вышерасположенной контактной тарелки, согласно полезной модели, контактная тарелка снабжена сепаратором-пеногасителем (СП) в виде перегородки, установленной над ПК, причем КГ выполнены в виде клапанов с ограничительными элементами, а АЭ выполнены в виде клапанов, закрепленных в открытом положении в первом от слива ряде КГ. В предпочтительных вариантах выполнения, КГ расположены рядами в шахматном порядке; нижняя кромка СП расположена, по крайней мере, на одном уровне с верхней кромкой СЛП или выше этой кромки не более чем на 100 мм, при этом в плоскости тарелки нижняя кромка СП расположена на расстоянии от СЛП, составляющим не менее 50 мм., причем СП установлен вертикально или с наклоном в сторону переливного кармана под углом, составляющим не более 15° от вертикали к плоскости тарелки; СП может быть выполнен или в виде просечно-вытяжного металлического листа, или в виде пакета просечно-вытяжных металлических листов, или в виде металлического листа с просечными отгибами, а также в виде перфорированного листа с живым сечением не менее 85%.
Техническим результатом от использования предложенной полезной модели является исключение залипания клапанов при различных нагрузках по газу (пару), снижение пенообразования и уноса жидкости, что повышает компактность массообменных аппаратов и их эффективность.
Полезная модель иллюстрируется чертежами, где:
На фиг.1 показан общий вид (продольный разрез) тарелки в составе массообменного аппарата; на фиг.2 - сечение А-А фиг.1; на фиг.3 - фрагмент фиг.1 (показан одно из возможных рабочих положений клапана); на фиг.4 - фрагмент фиг.1 (показан один из клапанов первого ряда закрепленных в открытом положении); на фиг.5 (а, б, в) и 6 варианты выполнения сепаратора-пеногасителя.
а
а
а
а
б
б
1
2
а
Контактная тарелка для массообменных аппаратов состоит из основания 1 с расположенными рядами в шахматном порядке отверстиями 2, например, трапециевидной (в плане) формы. В отверстиях 2 размещены ножки клапанов, выполненные в виде ограничителей подъема 3 и 4 клапанов 5, с плоской перекрывающей (отверстия 2) частью 5, форма которой конгруэнтна форме отверстий 2. На нижней поверхности перекрывающей части 5 каждого клапана выполнены пуклевки 6, расположенные у ограничителя подъема 3. За счет пуклевок 6, клапаны 5 в закрытом положении располагаются наклонно к поверхности основания 1, при этом между перекрывающей частью клапанов 5 и поверхностью основания 1 образуется зазор для прохода газа(пара). Основание 1 закреплено в корпусе 7 массообменного аппарата и примыкает к сливу 8 переливного кармана 9 вышерасположенной контактной тарелки. С противоположной стороны основания 1 расположены сливная планка (СЛП) 10 и переливной (на нижерасположенную контактную тарелку) карман 9. Над переливным карманом 9 установлен сепаратор-пеногаситель (СП) 11, выполненный в виде плоской перегородки. Нижняя кромка СП 11 расположена, по крайней мере, на одном уровне с верхней кромкой СЛП 10 или выше этой кромки на расстоянии L, составляющим не более 100 мм. В плоскости основания 1 нижняя кромка СП расположена на расстоянии L от СЛП, составляющим не менее 50 мм. СП 11 может быть установлен вертикально или с наклоном в сторону переливного кармана под углом, составляющим не более 15° от вертикали к плоскости тарелки (основания 1). СП 11 может быть выполнен (см. фиг.5, 6), например, в виде металлического листа 11 с рядами просечных отгибов 12 или в виде просечно-вытяжного металлического листа 13, или в виде пакета 14 из этих листов. Кроме того СП 11 может быть выполнен в виде перфорированного листа (см. фиг.5а) с живым сечением не менее 85% и, например, круглыми перфорационными отверстиями 15. СП 11 закреплен на внутренней поверхности корпуса массообменного аппарата, например, посредством кронштейнов 16. Клапаны 5 первого от слива 8 ряда закреплены на основании 1 в открытом положении (см. фиг.1, 4), например, посредством точечной сварки и являются аэрационными элементами.
Работа контактной тарелки осуществляется следующим образом.
б
б
б
Жидкость из переливного кармана 9а смежной вышерасположенной тарелки поступает через слив 8 на основание 1. Снизу тарелки подается газ, под действием которого клапаны (расположенные далее первого ряда) поднимаются. При обтекании аэрационных элементов (первого ряда постоянно открытых клапанов 5) поток жидкости аэрируется встречными струями газа(пара), истекающими из под соседних клапанов этого ряда, вспенивается и облегчается, при этом скорость жидкости снижается. Это снижает динамическое воздействие аэрированного потока жидкости на клапаны других рядов, режим работы которых не нарушается. В результате образуется умеренно-турбулентное движение жидкости по тарелке с преимущественным движением в сторону переливного кармана 9. Образующийся пенный слой, под действием тока жидкости движется в сторону переливного кармана и разбивается СП 11 с сепарацией газа(пара) и жидкости, при этом газ уходит на вышерасположенную тарелку, а жидкость стекает по сепарирующим элементам в переливной карман 9 и поступает на нижерасположенную тарелку. Выделяющийся из жидкости в переливном кармане 9 газ(пар) свободно проходит в пространстве между стенкой тепломассообменного аппарата и СП 11. Экспериментально установлено, что наиболее оптимальные условия сепарации газа(пара) и жидкости создаются при размещении СП 11 с соблюдением вышеуказанных расстояний относительно сливной планки, а также его ориентации, что снижает унос жидкости и повышает эффективность массообмена.
За счет выполнения аэрирующих элементов в виде постоянно открытых клапанов первого ряда значительно сокращаются трудозатраты на изготовление тарелки и упрощается ее конструкция.
Таким образом, использование предложенной контактной тарелки обеспечит повышение производительности и расширение диапазона устойчивой работы массообменных аппаратов.