Тепломассообменная тарелка

 

Использование: в устройствах для контактирования газа (пара) и жидкости, в тепломассообменных колонных аппаратах для процессов абсорбции, ректификации, дистилляции и др. Тепломассообменная тарелка содержит рабочее полотно с контактными элементами, разделенное продольными перегородками на центральный и переферийные участки с противоположным направлением движения жидкости, переточный канал по ширине центрального участка и сегмент с отбойниками. Сегмент выполнен заглубленным по отношению к рабочему полотну и снабжен по ширине периферийных участков переточными каналами. Такое конструктивное выполнение обеспечивает повышение пропускной способности по жидкости при сохранении высокой пропускной способности по газу. 4 ил.

Изобретение относится к устройствам для контактирования газа (пара) и жидкости и может найти применение в тепломассообменных колонных аппаратах для процессов абсорбции, ректификации, дистилляции и других.

Известна тепломассообменная тарелка, содержащая рабочее полотно с контактными элементами, выполненное из параллельно установленных пластин с отогнутым верхним краем, и переливное устройство в виде уголка, свободно поворачивающегося на опорах [1] Недостатки известной конструкции низкая эффективность массообмена и узкий диапазон устойчивой работы из-за неравномерного распределения газа (пара) в межтарельчатом пространстве. В результате направленного ввода газа под небольшим углом к горизонту основная масса его собирается в конце тарелок, образуя зоны повышенного давления. Это приводит к градиенту перепада давления по длине тарелок, а, следовательно, к байпасному проскоку газа, значительному изменению скоростей газа в рабочем сечении тарелок, резкому возрастанию брызгоуноса, провала жидкости и гидравлического сопротивления.

Наиболее близкой к патентуемому устройству является тепломассообменная тарелка, содержащая рабочее полотно с контактными элементами, разделенное продольными перегородками на центральный и периферийный участки с противоположным направлением движения жидкости, переточный канал по ширине центрального участка и сегмент с отбойником, установленный на уровне рабочего полотна [2] Секционирование рабочего полотна на участки с противоположным движением газожидкостных потоков и наличие переточного канала, выполненного по ширине центрального участка, обеспечивают равномерное распределение газа в межтарельчатом пространстве и позволяют увеличить производительность по газу и эффективность работы устройства.

Недостаток известной конструкции низкая пропускная способность по жидкости из-за высоких удельных нагрузок по жидкости на единицу длины переточного канала. Жидкость контактирует сначала с потоком газа (пара), проходящим через центральный участок, а затем с потоком, проходящим через периферийные участки одной и той же тарелки.

Цель изобретения создание высокоэффективной конструкции тепломассообменной тарелки, обеспечивающей высокую пропускную способность по жидкости при сохранении высокой пропускной способности по газу, уменьшение удельных нагрузок по жидкости на единицу длины переточного канала.

Указанная цель достигается тем, что в тепломассообменной тарелке, содержащей рабочее полотно с контактными элементами, разделенное продольными перегородками на центральный и периферийный участки с противоположным направлением движения жидкости, переточный канал по ширине центрального участка и сегмент с отбойником, сегмент выполнен заглубленным по отношению к рабочему полотну и снабжен по ширине периферийных участков переточными каналами. Наличие заглубленного относительно рабочего полотна тарелки сегмента, снабженного по ширине периферийных участков переточными каналами, обеспечивает одновременный равномерный переток деаэрированной жидкости с центрального и периферийных участков тарелки на периферийные и центральный участок нижележащей тарелки. Этим достигается снижение удельных нагрузок по жидкости на единицу длины переточного канала, улучшаются условия сепарации газо(паро)жидкостных потоков и, как следствие, повышается пропускная способность тарелки по жидкости при сохранении высокой пропускной способности по газу.

На фиг. 1 изображена патентуемая тарелка, план; на фиг.2 разрез А-А на фиг.1; на фиг.3 разрез Б-Б на фиг.1; на фиг.4 часть тепломассообменного аппарата с тарелками патентуемой конструкции, аксонометрия.

Патентуемая тепломассообменная тарелка содержит рабочее полотно 1 с контактными элементами, разделенное двумя продольными перегородками 2 на участки: центральный 3 и два периферийных 4, переточный канал 5, выполненный по ширине центрального участка 3, и сегмент 6 с отбойником 7. Контактными элементами рабочего полотна 1 могут служить пластины, просечно-вытяжной лист, клапаны и т.д. Контактные элементы центрального участка 3 и периферийных 4 участков расположены в одной плоскости и обеспечивают противоположное направление движения жидкости (фиг.2 и 3). Сегмент 6 расположен ниже уровня рабочего полотна 1 тарелки (фиг.2) и снабжен по ширине периферийных участков 4 двумя сужающимися книзу переточными каналами 8, каждый из которых имеет в нижней части окно 9 для перетока жидкости (фиг.3). Отбойник 7, выполненный из отдельных вертикальных пластин с криволинейной поверхностью, закрепленных на кронштейне 10, расположен над сегментом 6 напротив центрального участка 3. Переточный канал 5 соединен с боковыми пластинами 11, установленными ниже уровня рабочего полотна 1. Тепломассообменный аппарат (фиг. 4) с тарелками патентуемой конструкции представляет из себя колонну из расположенных друг над другом тарелок, заключенных в металлический корпус 12.

Тарелка работает следующим образом.

Жидкость через переточные каналы 5 и 8 одновременно поступает на центральный 3 и периферийные участки 4 рабочего полотна 1 тарелки и взаимодействует с восходящим газовым (паровым) потоком. За счет кинетической энергии газа происходит дробление жидкости. Образовавшиеся на центральном участке 3 капли увлекаются газовым потоком к отбойнику 7, где эффективно сепарируются за счет гравитационных и центробежных сил, возникающих при резком изменении направления потока газа, и стекают на сегмент 6. Благодаря заглублению сегмента на нем обеспечивается постоянный слой деаэрированной жидкости, которая через переточные каналы 8 поступает на периферийные участки 4 нижележащей тарелки. Диспергированные и увлекаемые газовым (паровым) потоком капли жидкости в конце периферийных участков эффективно сепарируются в результате касательного удара их о стенку корпуса 12 аппарата над боковыми пластинами 11 и переточным каналом 5. При этом на стенке образуется слой деаэрированной жидкости, который, двигаясь по ней вперед вниз, попадает в переточный канал 5 и, соединяясь с жидкостью, стекающей с боковых пластин 11, перетекает на центральный участок нижележащей тарелки.

Таким образом, потоки деаэрированной жидкости после контакта с газом перетекают одновременно с центрального участка 3 через переточные каналы 8 сегмента 6 на периферийные участки 4 нижележащей тарелки, а с периферийных через канал 5 на центральный участок 3. Благодаря этому снижается удельная нагрузка по жидкости на единицу длины переточного канала, улучшаются условия сепарации жидкости и повышается пропускная способность тарелки по жидкости. Газовые потоки равномерно распределяются в межтарельчатом пространстве, обеспечивая высокую пропускную способность по газу.

Тепломассообменный аппарат с тарелками патентуемой конструкции диаметром 3000 мм с межтарельчатым расстоянием 400 мм, свободным сечением 0,17 м²/м² тарелки по сравнению с прототипом при прочих равных условиях: скорости газа 2-4 м/с, гидравлическом сопротивлении 18-42 мм вод.ст. имеет в два раза большую пропускную способность по жидкости.

Наибольший эффект от применения данной конструкции можно получить в высокопроизводительных аппаратах со средними значениями отношений объемных расходов жидкости и газа и малым временем пребывания жидкости в зоне контакта фаз, например абсорберах для селективного извлечения сероводорода, цианистого водорода и бензольных углеводородов из коксового газа, сероводорода из природных газов и очистки отходящих газов.

Формула изобретения

ТЕПЛОМАССООБМЕННАЯ ТАРЕЛКА, содержащая рабочее полотно с контактными элементами, разделенное продольными перегородками на центральный и периферийный участки с противоположным направлением движения жидкости, переточный канал по ширине центрального участка и сегмент с отбойником, отличающаяся тем, что сегмент выполнен заглубленным по отношению к рабочему полотну и снабжен по ширине периферийных участков переточными каналами.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4