Переливное устройство для контактной тарелки, контактная тарелка и тепломассообменный аппарат

 

Изобретение относится к аппаратурному оформлению тепломассообменных процессов, таких как испарение жидкости в токе газа, абсорбция, ректификация и т.п., а именно к конструкциям переливного устройства для контактной тарелки, контактной тарелки и тепломассообменного аппарата. Переливное устройство для контактной тарелки содержит корпус и отражательный диск, расположенный в нижней части устройства таким образом, что между корпусом и диском имеется щель. В корпусе расположена вертикальная трубка для прохода байпасного потока газа, прикрепленная к диску, сообщающаяся с пространством под тарелкой через соответствующее отверстие в диске и содержащая дополнительные отверстия для входа жидкости на уровне щели между корпусом и диском. В трубку помещен клапан в виде перевернутого стакана с отверстиями в боковых стенках для выхода газа, с возможностью его перемещения вдоль оси трубки, причем в нижнем положении клапана отверстия в стенках клапана находятся выше уровня дополнительных отверстий трубки. На верхнем срезе трубки расположен ограничитель подъема клапана. Отверстия в стенках клапана могут иметь различную форму. Если они выполнены в виде тангенциальных прорезей, поток газа при выходе из трубки приобретает вращательное движение, что способствует еще большей интенсивности массообмена. Контактная тарелка состоит из основания, на котором установлены переливные устройства, содержащие корпус и отражательный диск, расположенный в нижней части устройства таким образом, что между корпусом и диском имеется щель, и переливные устройства с трубками для прохода байпасного потока газа, имеющие вышеописанную предложенную конструкцию. Основание тарелки может быть разделено на несколько элементов секционирующими перегородками для дополнительной интенсификации массообмена и ограничения полета струй. Барботажная зона тарелки может быть ситчатой, колпачковой, клапанной и т.д. Тепломассообменный аппарат для системы газ-жидкость включает корпус и расположенные по высоте контактные тарелки, имеющие вышеописанную предложенную конструкцию. Для предотвращения проскока части газа через тепломассообменный аппарат в целом переливные устройства с трубками и без них могут быть установлены на тарелках в шахматном порядке, и их расположение на соседних тарелках может не совпадать. Техническим результатом изобретения является обеспечение высокой эффективности тепло- и массообмена в аппарате при расширении диапазона нагрузок по газу. 3 с. и 4 з.п. ф-лы, 4 ил.

Изобретение относится к аппаратурному оформлению тепломассообменных процессов, таких как испарение жидкости в токе газа, абсорбция, ректификация, и т.п., а именно к конструкциям переливного устройства для контактной тарелки, контактной тарелки и тепломассообменного аппарата.

Эффективность работы тепломассообменного аппарата определяется эффективностью протекающего в нем процесса тепло- и массообмена. Интенсификация этого процесса путем увеличения поверхности контакта фаз достигается усовершенствованием конструкции аппарата и входящих в его состав элементов.

Известно переливное устройство для контактной тарелки, содержащее корпус, в котором расположена вертикальная трубка для прохода байпасного потока газа, соединяющая смежные тарелки, над которой расположен отбойник (SU 590877, В 01 D 3/20, 1981).

Благодаря наличию трубки газ, поступающий под тарелку, разделяется на два потока - основной и байпасный. Основной поток вступает во взаимодействие с жидкостью, находящейся на тарелке, образуя газожидкостную смесь, а байпасный проходит по трубке, минуя две смежные тарелки. Разделение газа на два потока позволяет снизить скорость газового потока в зоне взаимодействия газа с жидкостью и уменьшить вследствие этого межтарельчатый унос жидкости при больших нагрузках по газу. Для интенсификации процесса тепло- и массообмена путем увеличения поверхности контакта фаз нижняя часть трубки снабжена щелями, через которые происходит вход жидкости для прямоточного взаимодействия фаз в трубке. Наличие отбойника над трубкой улучшает перераспределение газового потока в межтарельчатом пространстве.

Тем не менее, использование описанного переливного устройства не может обеспечить эффективный тепло- и массообмен в межтарельчатом пространстве тепломассообменного аппарата. Нижняя часть переливного устройства расположена на небольшом расстоянии от нижележащей тарелки, и перетекающая по нему жидкость попадает на эту тарелку, не диспергируясь в межтарельчатом пространстве. Кроме того, байпасный поток газа идет по трубке в обход сразу двух ступеней массообмена. Еще одним недостатком такой конструкции переливного устройства является то, что при его использовании аппарат может работать только при больших нагрузках по газу, поскольку байпасный канал всегда открыт.

Наиболее близким по технической сущности к предложенному переливному устройству является переливное устройство для контактной тарелки, содержащее корпус и отражательный диск, расположенный в нижней части устройства таким образом, что между корпусом и диском имеется щель (SU 194764, В 01 d, 1967).

Отражательный диск находится на значительном расстоянии от нижележащей тарелки, поэтому жидкость, поступающая в переливное устройство тарелки, вытекает из щели между корпусом и диском, образуя куполообразную пленку жидкости. Газ движется противотоком, взаимодействуя с жидкостью сначала в пленке, а затем в барботажном слое на тарелке. Таким образом, создаются две зоны контакта фаз. Для обеспечения работы аппарата при более высокой скорости газа диск снабжен конической отражательной поверхностью.

Недостатком описанной конструкции переливного устройства является то, что при его использовании, несмотря на наличие у диска конической отражательной поверхности, тепломассообменный аппарат не может эффективно работать при больших нагрузках по газу вследствие межтарельчатого уноса жидкости.

Известна контактная тарелка тепломассообменного аппарата, состоящая из основания с установленными на нем переливными устройствами, содержащими только цилиндрический корпус, и переливными устройствами, содержащими цилиндрический корпус, в котором расположена вертикальная трубка для прохода байпасного потока газа, которая соединяет смежные тарелки, и над которой расположен отбойник (SU 590877, В 01 D 3/20, 1981).

Контактная тарелка, содержащая такие переливные устройства, не может по вышеуказанным причинам обеспечить эффективный тепло- и массообмен в межтарельчатом пространстве тепломассообменного аппарата. Кроме того, аппарат может работать только при больших нагрузках по газу.

Наиболее близкой по технической сущности к предложенной контактной тарелке является контактная тарелка, содержащая основание, состоящее из нескольких элементов, в центре которых установлены переливные устройства, содержащие корпус и отражательный диск, расположенный в нижней части устройства таким образом, что между корпусом и диском имеется щель (SU 194764, В 01 d, 1967). Для ограничения полета струй и отделения элементов друг от друга на тарелке установлены вертикальные перегородки. Для обеспечения работы аппарата при более высокой скорости газа диск снабжен конической отражательной поверхностью. Барботажная зона тарелки может быть ситчатой, колпачковой, клапанной и т.д.

Недостатком описанной контактной тарелки является то, что при ее использовании, несмотря на наличие у диска конической отражательной поверхности, тепломассообменный аппарат не может эффективно работать при больших нагрузках по газу вследствие межтарельчатого уноса жидкости.

Известен тепломассообменный аппарат для системы газ-жидкость, включающий корпус и расположенные по высоте контактные тарелки, конструкция которых описана выше (SU 590877, В 01 D 3/20, 1981). Расположение переливных устройств с трубками и без них на соседних тарелках не совпадает. Тепломассообменный аппарат имеет вышеописанные недостатки.

Наиболее близким по технической сущности к предложенному тепломассообменному аппарату является тепломассообменный аппарат для системы газ-жидкость, включающий корпус и расположенные по высоте контактные тарелки, конструкция которых описана выше (SU 194764, В 01 d, 1967). Тепломассообменный аппарат не может эффективно работать при больших нагрузках по газу вследствие межтарельчатого уноса жидкости.

Задачей, решаемой предложенным изобретением, является совершенствование конструкций переливного устройства для контактной тарелки, контактной тарелки и тепломассообменного аппарата.

Техническим результатом, который может быть получен при использовании изобретения, является обеспечение высокой эффективности тепло- и массообмена в аппарате при расширении диапазона нагрузок по газу.

Для достижения указанного технического результата предложено переливное устройство для контактной тарелки, содержащее корпус и отражательный диск, расположенный в нижней части устройства таким образом, что между корпусом и диском имеется щель, отличающееся тем, что в корпусе расположена вертикальная трубка для прохода байпасного потока газа, прикрепленная к диску, сообщающаяся с пространством под тарелкой через соответствующее отверстие в диске и содержащая дополнительные отверстия для входа жидкости на уровне щели между корпусом и диском, в трубку помещен клапан в виде перевернутого стакана с отверстиями в боковых стенках для выхода газа, с возможностью его перемещения вдоль оси трубки, причем в нижнем положении клапана отверстия в стенках клапана находятся выше уровня дополнительных отверстий трубки, а на верхнем срезе трубки расположен ограничитель подъема клапана.

Отверстия в стенках клапана могут иметь различную форму. Если они выполнены в виде тангенциальных прорезей, поток газа при выходе из трубки приобретает вращательное движение, что способствует еще большей интенсивности массообмена.

Для достижения технического результата предложена также контактная тарелка, состоящая из основания с установленными на нем переливными устройствами, содержащими корпус и отражательный диск, расположенный в нижней части устройства таким образом, что между корпусом и диском имеется щель, отличающаяся тем, что на основании тарелки дополнительно установлены переливные устройства с трубками для прохода байпасного потока газа, имеющие предложенную конструкцию.

Основание тарелки может быть разделено на несколько элементов секционирующими перегородками для дополнительной интенсификации массообмена и ограничения полета струй. Барботажная зона тарелки может быть ситчатой, колпачковой, клапанной и т.д.

Для достижения технического результата предложен также тепломассообменный аппарат для системы газ-жидкость, включающий корпус и расположенные по высоте контактные тарелки, отличающийся тем, что контактные тарелки имеют предложенную конструкцию.

Для предотвращения проскока части газа через тепломассообменный аппарат в целом переливные устройства с трубками и без них могут быть установлены на тарелках в шахматном порядке, и их расположение на соседних тарелках может не совпадать.

Сущность изобретения иллюстрируется прилагаемыми фиг.1-4, на которых схематично изображено конкретное воплощение предлагаемых конструкций переливного устройства для контактной тарелки, контактной тарелки и тепломассообменного аппарата. На фиг.1 изображен в разрезе общий вид тепломассообменного аппарата, на фиг.2 - вид сверху контактной тарелки (А-А на фиг.1), на фиг.3 - вид сверху контактной тарелки (В-В на фиг.1), на фиг.4 - в разрезе общий вид предлагаемого переливного устройства (С на фиг.1).

Тепломассообменный аппарат включает корпус 1 и расположенные по высоте контактные тарелки 2 с секционирующими перегородками 3. В данном исполнении тарелки ситчатые. Контактная тарелка состоит из основания 4, на котором установлены переливные устройства 5, содержащие корпус и отражательный диск, расположенный в нижней части устройства таким образом, что между корпусом и диском имеется щель, и переливные устройства 6, содержащие корпус 7 с расположенной в нем вертикальной трубкой 8 для прохода байпасного потока газа и отражательный диск 9, расположенный в нижней части устройства таким образом, что между корпусом и диском имеется щель. Вертикальная трубка 8 прикреплена к диску 9 и сообщается с пространством под тарелкой через соответствующее отверстие в диске. Трубка содержит дополнительные отверстия 10 для входа жидкости на уровне щели между корпусом и диском. В трубку помещен клапан 11 в виде перевернутого стакана с отверстиями 12 в боковых стенках для выхода газа. Клапан может перемещаться вдоль оси трубки, причем в нижнем положении клапана отверстия 12 в стенках клапана находятся выше уровня дополнительных отверстий 10 трубки. На верхнем срезе трубки расположен ограничитель подъема клапана 13. Ограничитель предохраняет от выбрасывания клапана из трубки 8 при его срабатывании. Переливные устройства с трубками и без них установлены на тарелках в шахматном порядке. Расположение переливных устройств с трубками и без них на соседних тарелках не совпадает.

Тепломассообменный аппарат работает следующим образом. При допустимых нагрузках по газу контактные тарелки работают как обычные тарелки с двумя зонами контакта фаз. Жидкость, поступающая в переливные устройства 5 и 6, вытекает из щели между корпусом и отражательным диском, образуя куполообразную пленку жидкости. Жидкость падает на нижележащую тарелку, где образуется барботажный слой. После барботажа жидкость сливается в переливные устройства, и далее процесс повторяется. Газ движется противотоком, контактируя сначала с куполообразной пленкой жидкости, а затем с жидкостью в барботажном слое вышележащей тарелки.

При превышении допустимых нагрузок по газу клапан 11 срабатывает и поднимается по трубке 8. При поднятии клапана 11 открываются отверстия 10 для жидкости, и в трубке 8 образуется прямоточная пленочная зона взаимодействия фаз. Подъем клапана происходит до такой степени открытия отверстий 12, при которой выравниваются сопротивления барботажной зоны и байпасного канала в виде трубки 8. При этом по трубке 8 часть газа идет в обход барботажной зоны тарелки, и скорость газового потока в барботажной зоне падает, что, соответственно, снижает брызгоунос из барботажной зоны. Клапан одновременно изменяет направление движения байпасного потока газа, в результате чего в межтарельчатом пространстве происходит интенсивное перемешивание байпасного и основного потоков газа и увеличение интенсивности тепло- и массообмена между газом и куполообразной пленкой жидкости, образуемой отражательными дисками переливных устройств 5 и 6. При выполнении отверстий 12 в виде тангенциальных прорезей поток газа при выходе из трубки приобретает вращательное движение, что способствует еще большему увеличению массообмена.

Таким образом, благодаря предложенным конструкциям массообменного аппарата и его элементов решается задача создания аппарата, работающего в широком диапазоне нагрузок по газу с интенсивным тепло- и массообменом по всему объему аппарата.

Формула изобретения

1. Переливное устройство для контактной тарелки, содержащее корпус и отражательный диск, расположенный в нижней части устройства таким образом, что между корпусом и диском имеется щель, отличающееся тем, что в корпусе расположена вертикальная трубка для прохода байпасного потока газа, прикрепленная к диску, сообщающаяся с пространством под тарелкой через соответствующее отверстие в диске и содержащая дополнительные отверстия для входа жидкости на уровне щели между корпусом и диском, в трубку помещен клапан в виде перевернутого стакана с отверстиями в боковых стенках для выхода газа, с возможностью его перемещения вдоль оси трубки, причем в нижнем положении клапана отверстия в стенках клапана находятся выше уровня дополнительных отверстий трубки, а на верхнем срезе трубки расположен ограничитель подъема клапана.

2. Переливное устройство по п.1, отличающееся тем, что отверстия в стенках клапана выполнены в виде тангенциальных прорезей.

3. Контактная тарелка, состоящая из основания с установленными на нем переливными устройствами, содержащими корпус и отражательный диск, расположенный в нижней части устройства таким образом, что между корпусом и диском имеется щель, отличающаяся тем, что на основании тарелки дополнительно установлены переливные устройства с трубками для прохода байпасного потока газа, имеющие конструкцию по п.1 или 2.

4. Контактная тарелка по п.3, отличающаяся тем, что на ее основании установлены секционирующие перегородки.

5. Контактная тарелка по п.3 или 4, отличающаяся тем, что переливные устройства с трубками и без них установлены в шахматном порядке.

6. Тепломассообменный аппарат для системы газ–жидкость, включающий корпус и расположенные по высоте контактные тарелки, отличающийся тем, что контактные тарелки имеют конструкцию по любому из пп.3-5.

7. Тепломассообменный аппарат по п.6, отличающийся тем, что контактные тарелки имеют конструкцию по п.5, и расположение переливных устройств с трубками и без них на соседних тарелках не совпадает.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4