Результат интеллектуальной деятельности: КОНТАКТНЫЙ ЭЛЕМЕНТ КОЛПАЧКОВОЙ ТАРЕЛКИ

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.

Наиболее близким техническим решением, выбранным в качестве прототипа является контактный элемент колпачковой тарелки, включающий паровой патрубок, колпачок, выполненный в виде цилиндрического стакана с прорезями в его нижней части, причем горизонтальные кромки прорезей колпачков снабжены лопатками, расположенными с наружной стороны колпачков радиально и в горизонтальной плоскости [патент РФ №2500452, МПК B01D 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 контактном элементе колпачковой тарелки, включающем паровой патрубок, колпачок, выполненный в виде цилиндрического или конического стакана с прорезями в его нижней части, в отличие от прототипа 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.

Кроме того, могут использоваться следующие варианты выполнения контактного элемента: в периферийной части пластинчатого кольцевого ребра выполнен зубчики; зубчики 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; кольцевое ребро закреплено на внешней поверхности колпачка контактной сваркой; кольцевое ребро закреплено на внешней поверхности колпачка пайкой.

На фигуре изображен контактный элемент колпачковой тарелки (в разрезе и вид сверху).

Контактный элемент колпачковой тарелки, закрепленный на полотне тарелки 1 включает паровой патрубок 2, колпачек 3, выполненный в виде цилиндрического или конического зубчатого стакана с зубчиками 4, насаженное на стакан колпачка кольцевое ребро 5, закрепленное к стакану колпачка через буртик ребра 6. Паровой патрубок 2 раструбом насажен на отбортованное вверх отверстие полотна тарелки 1 и закреплен изнутри по торцу отбортовки.

На отбортованные вверх отверстия полотна тарелки 1 раструбом насаживают паровые патрубки 2 и закрепляют 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 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 контактных элементов и барботирует через слой жидкости на тарелке. При этом происходит тепломассообмен между газом (либо паром) и жидкостью.

Предлагаемые контактные элементы колпачковой 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 зубчаками 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, поступает на вышележащую тарелку, а тяжелая фракция конденсируется в этой жидкости на тарелке.

Особенностью работы предлагаемых колпачковых контактных элементов, является то, что парожидкостная смесь, выходя из под колпачка проходит определенный путь под кольцевым ребром 5, находящимися на границе паровой и жидкой сред, барбатирует в жидкость вне колпачка по всей рабочей поверхности кольцевого ребра 5, позволяющего 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 кпд тарелки в среднем с 0,76 до 0,84.

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.