Колпачковая тарелка

Изобретение относится к конструкциям массообменных тарелок для систем газ (пар) - жидкость, предназначенных для процессов абсорбции, ректификации и может найти применение в химической, нефтехимической и других смежных отраслях промышленности. Колпачковая тарелка состоит 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 не касаются поверхностей других колпачков. Каждый колпачок тарелки имеет по крайней мере одно пластинчатое ребро, выполненное в виде кольца или шестигранника, насаженного через его центральное отверстие на стакан колпачка, причем диаметр центрального отверстия кольца соответствует внешнему диаметру стакана колпачка в месте его закрепления на колпачке, а внешний диаметр кольца не превышает расстояния до соседнего контактного элемента колпачковой тарелки. Изобретение обеспечивает повышение интенсивности взаимодействия газа (пара) и жидкости за счет увеличения в контактном элементе длины пути смеси и использования более развитой поверхности фазового контакта. 15 з.п. ф-лы, 2 ил.

 

Изобретение относится к конструкциям массообменных тарелок для систем газ (пар) - жидкость, предназначенных для процессов абсорбции, ректификации и может найти применение в химической, нефтехимической и других смежных отраслях промышленности.

Известны колпачковые тарелки, используемые для осуществления массообменных процессов для систем «жидкость-пар», описанные в книгах: [А.Г. Касаткин. «Основные процессы технической технологии». М.: Химия, 1971, с. 452].

Эти массообменные многоколпачковые тарелки выполнены с паровыми патрубками, колпачками с зубчатыми краями или арочными прорезями и сливными патрубками.

Известен также контактный элемент колпачковой тарелки, включающий паровой патрубок, колпачок, выполненный в виде цилиндрического стакана с прорезями [Патент США №4146950, МПК B01D 3/20. Methods for forming bubble cap assemblies for a gas and liquid contact apparatus. Texaco Inc., 1979].

Упомянутые контактные элементы колпачковой тарелки известных конструкций недостаточно эффективны для обеспечения надежного протекания массообменного процесса при разделении смеси на жидкую и паровую фазу. Это связано с незначительной величиной кромок прорезей колпачков, через которые происходит барботирование паров длиной пути смеси и соответственно временем контакта пара с жидкостью. Известные конструкции колпачков не позволяют увеличить суммарную длину упомянутых кромок и время контакта пара с жидкостью, т.е. увеличить время и поверхность межфазового контакта, которая непосредственно зависит от длины кромок, прорезей колпачков, через которые происходит барботирование паровой фракции.

Известна также массообменная тарелка с перфорацией в боковых стенках парового колпачка, выполнена в виде арочных прорезей выпуклостью наружу с входными отверстиями, направленными под острым углом к вертикали вниз в одну и ту же сторону, противоположную расположению сливной трубы на тарелке [патент РФ №2097093, МПК B01D 3/20. Массообменная тарелка. Опубликовано 27.11.1997]. Основной функцией рассматриваемой конструкции колпачка массообменной тарелки является направление парожидкостного потока. Недостатком такого контактного устройства тарелки является незначительная поверхность межфазового контакта.

Известны также колпачковые тарелки [патент РФ 2214852, МПК B01D 3/18, B01D 3/32. «Аппарат колонный с колпачковыми тарелками», опубл. 27.10.2003], состоящие из оснований в форме диска, барботажных колпачков, переливных труб и гидрозатвора. Недостатком описанного аппарата является низкая эффективность тепломассообмена.

Наиболее близким техническим решением, выбранным в качестве прототипа, является 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 [патент РФ №2500452, МПК В01D 3/16. Колонна ректификационная с колпачковыми тарелками. Бюл. 34, 2013 г.].

Недостатком известного контактного элемента колпачковой тарелки является невысокая эффективность массообменого процесса из-за недостаточно интенсивного взаимодействия газа (пара) и жидкости, поскольку конструкция колпачкого элемента не позволяет в достаточной степени увеличить длину пути смеси и развить поверхность фазового контакта.

Задачей предлагаемого изобретения является повышение эффективности массообменого процесса.

Техническим эффектом предлагаемого изобретения является повышение интенсивности взаимодействия газа (пара) и жидкости за счет увеличения в контактном элементе длины пути смеси и использования более развитой поверхности фазового контакта.

Поставленная задача решается за счет того, что в колпачковой тарелке, состоящей из основания в форме диска, барботажных колпачков, выполненных в виде цилиндрических или конических стаканов с прорезями в их нижней части, переливных труб и гидрозатвора, в отличие от прототипа 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 не касаются поверхностей других колпачков.

Кроме того, могут использоваться следующие варианты колпачковой тарелки: каждый колпачок имеет по крайней мере одно пластинчатое ребро, выполненное в виде кольца, насаженного через его центральное отверстие на стакан колпачка, причем диаметр центрального отверстия кольца соответствует внешнему диаметру стакана колпачка в месте его закрепления на колпачке, а внешний диаметр кольца не превышает расстояния до соседнего контактного элемента колпачковой тарелки; каждый колпачок имеет по крайней мере одно пластинчатое ребро, выполненное в виде шестигранника с центральным кольцевым отверстием, причем упомянутое ребро насаженно через его центральное отверстие на стакан колпачка, а диаметр центрального отверстия кольца соответствует внешнему диаметру стакана колпачка в месте его закрепления на колпачке, а внешний диаметр кольца не превышает расстояния до соседнего контактного элемента колпачковой тарелки; по кромке центрального отверстия пластинчатого кольцевого ребра выполнен буртик; кольцевое ребро закреплено на внешней поверхности колпачка за счет посадки с натягом, или контактной сваркой, или пайкой; лабиринтные ходы, обеспечивают повышение гидросопротивления тарелки не более чем на 5% от гидросопротивления тарелки без упомянутых пластинчатых ребер; в пластинчатых ребрах выполнены перфорации в виде арочных прорезей выпуклостью наверх с выходными отверстиями, направленными под острым углом в радиальном направлении от центра колпачка; в периферийной части пластинчатых ребер выполнены зубчики, которые равномерно согнуты вниз на одинаковый угол в диапазоне от 75° до 90° от горизонтали.

На фиг. 1 изображена колпачковая тарелка с кольцевыми ребрами (в разрезе и вид сверху), а на фиг. 2 колпачковая тарелка с ребрами в виде шестигранника (в разрезе и вид сверху).

Колпачковая тарелка включает (фиг. 1) основание 1 в форме диска с паровыми патрубками 2, на которых закреплены барботажные колпачки 3, выполненные в виде цилиндрических или конических стаканов с зубчиками 4. На стакан колпачка 3 насажено пластинчатое ребро 5 или 6 (5 - верхнее ребро тарелки, 6 - нижнее ребро тарелки), закрепленное к стакану колпачка через буртик ребра 7. Ребра 5 и 6 могут быть выполнены кольцевыми (фиг. 1) или в виде шестигранника (фиг. 2). Паровой патрубок 2 раструбом насажен на отбортованное вверх отверстие основания тарелки 1 и закреплен изнутри по торцу отбортовки.

На отбортованные вверх отверстия основания тарелки 1 раструбом насаживают паровые патрубки 2 и закрепляются изнутри по торцу отбортовки, например, точечной сваркой. Монтируют к тарелке колпачок 3, выполненный в виде цилиндрического или слегка конического зубчатого стакана. Слегка коническая форма стакана, получаемая в процессе штамповки колпачка, позволяет закрепить кольцевое ребро 5 за счет натяга.

В вертикальном корпусе тепломассообменного колонного аппарата устанавливают одну над другой колпачковые тарелки, имеющие один или несколько переливных патрубков. С верха тепломассообменного колонного аппарата подают жидкость, которая перетекает с одной колпачковой тарелки на другую, сверху вниз по переливным патрубкам. При этом уровень жидкости на тарелке должен быть выше уровня прорезей зубьев колпачка, но ниже верхнего торца парового патрубка. Газ (либо пар) направляют с низа колонного аппарата вверх, он проходит через паровые патрубки 2, дробится зубьями 4 колпачков 3 и барботирует через слой жидкости на тарелке. При этом происходит тепломассообмен между газом (либо паром) и жидкостью.

Предлагаемые колпачковые тарелки в составе тепломассообменной колонны работают следующим образом. Исходная парожидкостная смесь через штуцер подается в колонну. Пары через паровые патрубки поступают в полость колпачков 3, вытесняют из них жидкость через щели между зубчиками 4 колпачков 3. Далее паровая смесь начинает барботировать в слой жидкости за пределами колпачков 3, и более легкая парогазовая смесь, задерживаясь в жидкости кольцевыми ребрами 5 и 6, образующими при их взаимном перекрытии лабиринтные ходы 8, поступает на вышележащую тарелку, а тяжелая фракция конденсируется в этой жидкости на тарелке (фиг. 1 и фиг. 2).

Особенностью работы предлагаемых колпачковых тарелок является то, что парожидкостная смесь, выходя из-под колпачка, проходит определенный путь под кольцевыми ребрами 5 и 6, а также проходя лабиринтные ходы 8, образованные взаимным перекрытием пластинчатых ребер 5 и 6. Далее парожидкостная смесь барбатирует в жидкость вне колпачка по всей рабочей поверхности пластинчатых ребер 5 и 6, позволяющих увеличить время взаимодействия паровой и жидкой фаз и, как следствие, повысить эффективность процесса масообмена в ректификационной колонне в целом.

Сравнение функциональных характеристик тарелок, выполненных с контактными колпачковыми элементами по предлагаемому техническому решению по сравнению с прототипом [патент РФ №2500452] показало на повышение к.п.д. тарелки в среднем с 0,76 до 0,86.

Таким образом, совокупность признаков заявляемого объекта позволяет повысить эффективность массообменого процесса за счет интенсификации взаимодействия газа (пара) и жидкости при увеличении в контактном элементе длины пути смеси и использования более развитой поверхности фазового контакта.

1. 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, отличающаяся тем, что 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 не касаются поверхностей других колпачков.

2. Колпачковая тарелка по п. 1, отличающаяся тем, что каждый колпачок имеет по крайней мере одно пластинчатое ребро, выполненное в виде кольца, насаженного через его центральное отверстие на стакан колпачка, причем диаметр центрального отверстия кольца соответствует внешнему диаметру стакана колпачка в месте его закрепления на колпачке, а внешний диаметр кольца не превышает расстояния до соседнего контактного элемента колпачковой тарелки.

3. Колпачковая тарелка по п. 1, отличающаяся тем, что каждый колпачок имеет по крайней мере одно пластинчатое ребро, выполненное в виде шестигранника с центральным кольцевым отверстием, причем упомянутое ребро насажено через его центральное отверстие на стакан колпачка, а диаметр центрального отверстия кольца соответствует внешнему диаметру стакана колпачка в месте его закрепления на колпачке, а внешний диаметр кольца не превышает расстояния до соседнего контактного элемента колпачковой тарелки.

4. Колпачковая тарелка по любому из пп. 1-2, отличающаяся тем, что по кромке центрального отверстия пластинчатого кольцевого ребра выполнен буртик.

5. Колпачковая тарелка по п. 4, отличающаяся тем, что кольцевое ребро закреплено на внешней поверхности колпачка за счет посадки с натягом.

6. Колпачковая тарелка по п. 4, отличающаяся тем, что кольцевое ребро закреплено на внешней поверхности колпачка контактной сваркой.

7. Колпачковая тарелка по п. 4, отличающаяся тем, что кольцевое ребро закреплено на внешней поверхности колпачка пайкой.

8. Колпачковая тарелка по любому из пп. 1-3, 5-7, отличающаяся тем, что упомянутые лабиринтные ходы обеспечивают повышение гидросопротивления тарелки не более чем на 5% от гидросопротивления тарелки без упомянутых пластинчатых ребер.

9. Колпачковая тарелка по п. 4, отличающаяся тем, что упомянутые лабиринтные ходы обеспечивают повышение гидросопротивления тарелки не более чем на 5% от гидросопротивления тарелки без упомянутых пластинчатых ребер.

10. Колпачковая тарелка по любому из пп. 1-3, 5-7, 9, отличающаяся тем, что в упомянутых пластинчатых ребрах выполнены перфорации в виде арочных прорезей выпуклостью наверх с выходными отверстиями, направленными под острым углом в радиальном направлении от центра колпачка.

11. Колпачковая тарелка по п. 4, отличающаяся тем, что в упомянутых пластинчатых ребрах выполнены перфорации в виде арочных прорезей выпуклостью наверх с выходными отверстиями, направленными под острым углом в радиальном направлении от центра колпачка.

12. Колпачковая тарелка по п. 8, отличающаяся тем, что в упомянутых пластинчатых ребрах выполнены перфорации в виде арочных прорезей выпуклостью наверх с выходными отверстиями, направленными под острым углом в радиальном направлении от центра колпачка.

13. Колпачковая тарелка по любому из пп. 1-3, 5-7, 9, 11-12, отличающаяся тем, что в периферийной части упомянутых пластинчатых ребер, выполнены зубчики, которые равномерно согнуты вниз на одинаковый угол в диапазоне от 75° до 90° от горизонтали.

14. Колпачковая тарелка по п. 4, отличающаяся тем, что в периферийной части упомянутых пластинчатых ребер выполнены зубчики, которые равномерно согнуты вниз на одинаковый угол в диапазоне от 75° до 90° от горизонтали.

15. Колпачковая тарелка по п. 8, отличающаяся тем, что в периферийной части упомянутых пластинчатых ребер выполнены зубчики, которые равномерно согнуты вниз на одинаковый угол в диапазоне от 75° до 90° от горизонтали.

16. Колпачковая тарелка по п. 10, отличающаяся тем, что в периферийной части упомянутых пластинчатых ребер выполнены зубчики, которые равномерно согнуты вниз на одинаковый угол в диапазоне от 75° до 90° от горизонтали.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к химической промышленности и может быть использовано для распределения потока жидкости в обменных колоннах для процессов тепло- или массопереноса в процессах криогенного разделения воздуха.

Изобретение относится к устройствам для получения дистиллята и может быть использовано для выпаривания морской воды. Установка термической дистилляции содержит систему подвода соленой воды 3, испарительную камеру 1, распылитель 2, сепаратор 7 для отделения потока чистого пара от шлама, газодувку 10, компрессор 12, теплообменник-конденсатор 14.

Изобретение относится к способу удаления циклического сложного диэфира 2-гидроксиалкановой кислоты из пара, содержащего указанный сложный диэфир, в котором пар приводят в контакт с водным раствором, так что сложный диэфир растворяется в указанном растворе.

Изобретение предназначено для контактного взаимодействия газа и жидкости, в частности для охлаждения и конденсации паров, проведения химических реакций, мокрой очистки газов от твердых, жидких и газообразных примесей, а также для осуществления процессов абсорбции, ректификации.

Изобретение относится к способу получения ароматической дикарбоновой кислоты в оборудовании для производства ароматической дикарбоновой кислоты, в котором вода образуется в качестве побочного продукта и/или добавлена в окислительный аппарат, включающему (a) окисление ароматического соединения в по меньшей мере одном окислительном аппарате указанного производственного оборудования для получения тем самым отходящего газа окислительного аппарата и продукта окислительного аппарата, содержащего ароматическую дикарбоновую кислоту; и (b) вентилирование указанной воды в виде пара из производственного оборудования в окружающую внешнюю среду, где количество воды, выпущенной в виде пара из указанного производственного оборудования в окружающую внешнюю среду, по меньшей мере 0,3 кг/кг ароматического соединения, подаваемого в указанный окислительный аппарат.

Изобретение относится к области биохимии. Предложен способ получения органических соединений.

Изобретение относится к области газовой промышленности и является усовершенствованным способом промысловой подготовки продукции газоконденсатных залежей. Способ деэтанизации нестабильного газового конденсата (НГК) включает разделение НГК на два потока.

Изобретение относится к способам получения обессоленной воды, а также воды с низким (менее 1 г/л) содержанием солей. Более конкретно изобретение относится к способам очистки воды методом дистилляции с использованием тепла конденсации, за счет сжатия пара.

Группа изобретений относится к способу сепарации жидкости от газа и к устройству для его осуществления, например, перед процессом осушки газа от влаги или процессом его компримирования.

Изобретение относится к области разделения смесей жидкостей с различной температурой кипения, составляющих многокомпонентную смесь. Наиболее предпочтительная область применения - получение пресной воды из водного солевого раствора, например, морских и минерализованных вод и промышленных стоков.

Изобретение относится к конструкциям массообменных тарелок для систем газ (пар) - жидкость, предназначенных для процессов абсорбции, ректификации, и может найти применение в химической, нефтехимической и других смежных отраслях промышленности. Контактный элемент колпачковой тарелки включает паровой патрубок, колпачок, выполненный в виде цилиндрического или конического стакана с прорезями в его нижней части. При этом внешняя поверхность колпачка снабжена по крайней мере одним расположенным в горизонтальной плоскости пластинчатым ребром, выполненным в виде кольца, насаженного через его центральное отверстие на стакан колпачка, причем диаметр центрального отверстия кольца соответствует внешнему диаметру стакана колпачка в месте его закрепления на колпачке, а внешний диаметр кольца не превышает расстояния до соседнего контактного элемента колпачковой тарелки. В контактном элементе в периферийной части пластинчатого кольцевого ребра выполнены зубчики, которые в периферийной части пластинчатого кольцевого ребра равномерно согнуты вниз на угол в диапазоне от 75° до 90° от горизонтали. В пластинчатом кольцевом ребре выполнены перфорации в виде арочных прорезей выпуклостью наверх с выходными отверстиями, направленными под острым углом в радиальном направлении от центра колпачка. По кромке центрального отверстия пластинчатого кольцевого ребра выполнен буртик. Кольцевое ребро закреплено на внешней поверхности колпачка за счет посадки с натягом. Техническим результатом изобретения является повышение интенсивности взаимодействия газа (пара) и жидкости за счет увеличения в контактном элементе длины пути смеси и использования более развитой поверхности фазового контакта. 7 з.п. ф-лы, 1 ил.
Наверх