ТАРЕЛКА С КРУГЛЫМИ КАПСУЛЬНЫМИ КОЛПАЧКАМИ

Предлагаемое техническое решение относится к контактным устройствам массообменных аппаратов, а именно к конструкции капсульных колпачков для тарельчатых колонн, и может найти применение в химической, нефтехимической, пищевой, фармацевтической и других отраслях промышленности, а также в экологических процессах  при очистке нефтесодержащих отходов или шламов и других жидких отходов на молекулярном уровне.
Известна конструкция капсульного колпачка для барботажа, снабженный встроенным внутрь эжекционным устройством в виде сопла с прорезями (Авт. св. СССР №145510, МПК С12F1/04, В01D3/20, 1952 г.).
К причинам, препятствующим достижению заданного технического результата, относится недостаточная интенсивность тепло- и массообмена между сплошной  и дисперсной фазами из-за образования крупных пузырьков газа (пара), их малой поверхности, что приводит к снижению производительности.
Известно устройство для очистки жидкости и газа, состоящее из колонного аппарата с тарелками перекрестного тока, переливными порогами, снабженными съемными капсульными колпачками, причем  капсульные колпачки на каждой последующей тарелке расположены со смещением в шахматном порядке по отношению к предыдущей, каждый колпачок имеет сквозные отверстия круглой формы с уменьшающимся диаметром от основания колпачка к вершине с общим свободным сечением от 40% до 45% и на каждом колпачке расположена насадка в виде колец из трикотажного материала, включающего полиакрилонитрильную нить, содержащую ионы металла, с объемным модулем петли, равным 110-120, и поверхностным модулем петли 3-3,5, расположенных по высоте капсульного колпачка с зазором не менее 1-3 толщины кольца друг относительно друга и к стенке капсульного колпачка, и дополнительного кольца, установленного с натяжением по вершине капсульного колпачка (патент на изобретение РФ №2534776, B01D 3/20, 2014 г.).
К причинам, препятствующим достижению, заданного технического результата, относится недостаточное время контакта газовой дисперсной фазы с жидкой сплошной, так как весь контакт фаз осуществляется в основном внутри колпачка на слое насадки из трикотажного материала, а малое время контакта фаз снаружи колпачка снижает производительность.
Известна конструкция капсульного колпачка с отверстием на боковых отверстиях для массообменных колонн, снабженного регулирующим устройством в виде зажима, расположенного в отверстии колпачка и предназначенного для регулирования глубины, погружение колпачка в жидкость на тарелке (описание изобретения в Авт. св. СССР №298336, B01D3/20, 1971 г.).
К причинам, препятствующим достижению заданного  технического результата, относится недостаточная производительность из-за образования крупных паровых или газовых пузырьков дисперсной фазы, их большой скорости всплывания в слое жидкости, находящейся на тарелке, и соответственно малого времени контакта.
Известна конструкция тарелки с круглыми капсульными колпачками, состоящая из основания и установленных в нем патрубков, на которых крепятся колпачки. В нижней части колпачков выполнены прорези шириной 4 мм и высотой 15-30 мм, через которые газ (пар) входит в жидкость, образуя многочисленные пузырьки, а при больших скоростях струи. Колпачки закрепляют на специальных изогнутых болтах, приваренных к патрубкам. Высоту колпачка над основанием регулируют с помощью шайб и гаек, навинченных на резьбу изогнутого болта (Машины и аппараты химических производств: учебник для вузов / А. С. Тимонин, Б.Г. Балдин, В. Я. Борщев, Ю. И. Гусев и др. // под общей редакцией А. С. Тимонина – Калуга : издательство «Ноосфера», 2014. С. 550-551).
К причинам, препятствующим достижению заданного технического результата, относится недостаточная производительность из-за образования крупных пузырьков газа (пара) в прорезях капсульного колпачка, особенно при больших скоростях газа или пара, когда вместо пузырьков образуются струи газа (пара), приводящие к снижению времени их контакта с жидкостью на тарелке и эффективности тепло- и массопередачи.
Наиболее близким техническим решением по совокупности признаки к заявленному объекту и принятому за прототип является тарелка с круглыми капсульными колпачками, состоящая из равномерно перфорированного основания, патрубков жестко закрепленных в отверстиях перфораций и осесимметрично установленными над патрубками круглыми капсульными колпачками, причем каждый круглый капсульный колпачок закреплен на изогнутом болте с помощью шайб и гаек, позволяющих регулировать высоту его расположения над основанием, при этом нижняя часть колпачка выполнена в виде кольца из упругого материала с вертикально равномерно разрезанной боковой поверхностью на полосы шириной и высотой (20-45) мм, причем полосы повернуты на (15º-30°) относительно боковой поверхности кольца для барботажа через них пузырьков газа (пара) (Патент на полезную модель №173382, B 01D 3/20, 2017 г.).
К причинам, препятствующим достижению заданного технического результата, относится недостаточная производительность из-за застойных верхних застойных слоев жидкости, что приводит к снижению производительности.
Техническим результатом предлагаемой конструкции капсульного колпачка массообменной колонны является увеличение производительности.
Поставленный технический результат достигается тем, что в  тарелке с круглыми капсульными колпачками, состоящей из равномерно перфорированного основания, патрубков, жестко закрепленных в отверстиях перфораций, и осесимметрично установленными  над ними круглыми капсульными колпачками, при это каждый круглый капсульный колпачок закреплен на изогнутом болте с помощью шайб и гаек, позволяющих регулировать высоту его расположения над основанием, нижняя часть колпачка выполнена в виде кольца из тонкого упругого материала с вертикально равномерно разрезанной боковой поверхностью на полосы шириной и высотой (20-45) мм, при этом полосы повернуты на 20°-30° относительно боковой поверхности кольца с образованием зазоров для барботажа через них пузырьков газа, причем на верхней части болта закреплено внутреннее кольцо подшипника качения, на внешнем кольце которого закреплен колпачок.
Закрепление на верхней части болта внутреннего кольца подшипника качения, на внешнем кольце которого закреплен колпачок, позволяет под действием стекающей вниз жидкости и поднимающегося вверх газа (пара)  приводить во вращение колпачок за счет отогнутых полос на 20°-30° относительно боковой поверхности кольца, а значит увеличивает тепло- и массоперенос между газом (паром) и жидкостью, а значит и в целом производительность.
Поворот каждой полосы на (20º-30°) внутрь и наружу обеспечивает между полосами зазоры переменной величины, в которых образуются выходящие через них пузырьки газа (пара), которые начинают вращать круглый капсульный колпачок, прикрепленный к подшипнику с возможностью вращения на изогнутом болте, при этом сами отогнутые полосы, выполненные из упругого материала начинают вибрировать, обеспечивая высокую скорость тепло- и массопереноса, повышая тем самым производительность.
На фиг. 1 представлен общий вид тарелки с круглым капсульным колпачком в разрезе, на фиг. 2 – вид по сечению А-А снизу на предлагаемую конструкцию кольца из упругого материала, из которой выполнена нижняя часть круглого капсульного колпачка.
Тарелка состоит из равномерно перфорированного основания 1, патрубков 2, закрепленных в отверстиях перфорированного основания 1 и осесимметрично закрепленных над ними круглых капсульных колпачков 3. Каждый круглый капсульный колпачок 3 закреплен на изогнутом болте 4 с помощью шайб 5 и гаек 6, позволяющих регулировать высоту его расположения над основанием 1. Нижняя часть колпачка 3 выполнена в виде кольца 7 из упругого материала (тонколистовой стали, резины или полимера) с высотой Н, и с вертикально равномерно разрезанной боковой поверхностью на полосы 8 шириной b и высотой h, равных (20-45) мм. Каждая полоса 8 повернута относительно боковой поверхности кольца 7 на угол α=20º-30º внутрь и наружу,  с образованием зазоров для барботажа через них пузырьков газа или пара. Круглый капсульный колпачок 3 прикреплен к изогнутому болту 4 с помощью подшипника качения 9 таким образом, что на верхней части болта 4 закреплено внутреннее кольцо подшипника качения 9, на внешнем кольце которого закреплен колпачок 3.
Тарелка с круглыми капсульными колпачками 3 работает следующим образом.
Поступающая жидкость заполняет тарелку. Газ (пар) проходит через патрубки 2 под колпачки 3, затем через зазоры, образованные повернутыми на угол α относительно боковой поверхности кольца 7 полосами 8, входит в виде барботирующих пузырьков в жидкость, движущейся вдоль основания 1 к сливной перегородке. Так как кольцо 7 выполнено из упругого материала (тонколистовой стали, резины или полимера), то под действием отрывающихся пузырьков газа (пара) с кромок полос 8, последние постоянно вибрируют,  заставляя за счет сил инерции вращаться круглый капсульный колпачок 3 с подшипником 9 относительно изогнутого болта 4, что увеличивает время пребывания газа (пара) в пленке жидкости, поверхность тепло- и массопереноса и приводит к росту скорости тепло- и массообмена, а значит и производительности.
Таким образом, закрепление на верхней части болта 4 внутреннего кольца подшипника качения, на внешнем кольце которого закреплен колпачок, позволяет под действием стекающей вниз жидкости и поднимающегося вверх пара приводить в движение колпачок за счет отогнутых полос на 20°-30° относительно боковой поверхности кольца, а значит увеличивать время контакта пузырьков газа с жидкостью. Все вместе это приводит к интенсификации тепло- и массообмена и увеличению производительности.