Тарілка з двома зонами контакту фаз

Винахід відноситься до контактних пристроїв хімічної промисловості і може бути використаний в складі тарілчастих колонних абсорберів для очистки технологічних газів методом фізичної абсорбції. Відома тарілка з двома зонами контакту фаз, що включає барботажне полотно зі зливними патрубками у вигляді усічених конусів з більшими основами, закріпленими на барботажному полотні знизу, дискові розподілювачі рідини, установлені співвісно під зливними патрубками в горизонтальному положенні, і глухі переливні патрубки, установлені співвісно над зливними патрубками. Ця тарілка знайшла використання переважно в тарілчастих колонних апаратах для здійснення процесів хімічної абсорбції, наприклад, для очистки синтез газу від діоксиду вуглецю водним розчином моноетаноламіну. [Семенов В.П., Семенова Т.А. Производство аммиака по энерготехнологической схеме. М.:НИИТЭХИМ, 1979, - С.55-56]. Тарілка має обмежений діапазон стійкої роботи за щільності зрощення, що не перевершує 25-30 м 3/м 2г. Така тарілка не відповідає у повній мірі вимогам використання тарілчастих абсорберів для здійснення процесів фізичної абсорбції в умовах очистки нестабільних за величиною і складом матеріальних газових потоків. Найбільш близькою до заявляємого винаходу за те хнічною сутністю й е фектом, що досягається, є тарілка з двома зонами контакту фаз у складі конструкції абсорбера [Пат. 12595 А Україна, B01D53/14. Абсорбер. №94076305; Заявл. 19.07.94; Опубл. 28.02.97; бюл.№1] (прототип). Така тарілка включає барботажне полотно зі зливними патрубками у вигляді усічених конусів з більшими основами, закріпленими на барботажнім полотні знизу, конусні розподілювачі рідини, установлені співвісно під зливними вершинами назустріч зливним патрубкам, і сітчасті сепаратори циліндричної форми, установлені співвісно над зливними патрубками і виконані з еквівалентним діаметром чарунок сітки 0,2-1,5 мм за вільного перерізу сітки 25-65%. Ця тарілка забезпечує широкий діапазон стійкої роботи з можливістю саморегулювання гідродинамічного режиму. Максимальна щільність зрошення тарілки забезпечується на рівні 40-50 м 3/м 2г за умов високої інтенсивності процесу масообміну. До недоліків прототипу можливо віднести наступне. Частина площі барботажного шару тарілки зайнята циліндричними сітчастими сепараторами, що зменшує корисну площу барботажного шару тарілки і викликає необхідність збільшення діаметрального розміру барботажного полотна тарілки. Використання сітчастих циліндричних сепараторів, установлених співвісно над зливними патрубками, спричиняє утворення в зливних патрубках рідинних лійок, через які засмоктується деяка кількість газової фази, а це знижує перепускну здатність зливних патрубків за рідиною й обумовлює необхідність збільшення їх розмірів. Ефективно працює тільки нижня частина сітчастих циліндричних сепараторів, що обумовлює збільшення витрат сітки на виготовлення сітчастих сепараторів. Як результат, збільшуються габаритні розміри тарілки, підвищується її металомісткість і зростає вартість виготовлення. В основу винаходу поставлена задача вдосконалення конструкції тарілки з двома зонами контакту фаз, обладнаної переливними пристроями з сітчастими сепараторами шляхом удосконалення конструкції сітчастих сепараторів. Поставлена задача вирішується тим, що в конструкції тарілки з двома зонами контакту фаз, що включає барботажне полотно зі зливними патрубками у вигляді усічених конусів з більшими основами, закріпленими на барботажному полотні знизу, конусні розподілювачі рідини, установлені співвісно під зливними патрубками вершинами назустріч зливним патрубкам, і сітчасті сепаратори, установлені співвісно над зливними патрубками і виконані з еквівалентним діаметром чарунок сітки 0,2-1,5 мм за вільного перерізу сітки 25-65% згідно з винаходом сітчасті сепаратори виконано у вигляді сітчасти х конусів, висота яких не перевершує висоту барботажного шару на полотні тарілки і вершинами, направленими вверх від барботажного полотна, причому сітчасті конуси в своїх вершинах обладнані відкритими патрубками висотою, що перевершує висоту барботажного шару на полотні тарілки. Відмінності від прототипу, що маються, підтверджують новизну запропонованого технічного рішення. Сутність цих відмінностей підтверджується наступним. На відміну від прототипу заявлена конструкція тарілки в сутності з признаками, викладеними у формулі винаходу, забезпечує зменшення: діаметральних розмірів барботажного полотна тарілки, розмірів зливних патрубків, витрат сітки на виготовлення сітчастих сепараторів, металомісткості тарілки, вартості виготовлення тарілки. Саме виконання сітчастих сепараторів у вигляді сітчастих конусів, висота яких не перевершує висоту барботажного шару на полотні тарілці з кутом нахилу твірної від 5 до 75° і вершинами, направленими вверх від барботажного полотна й обладнаними відкритими патрубками висотою, що явно перевершує висоту барботажного шару на полотні тарілки, дозволяє наступне. Зменшити діаметральні розміри барботажного полотна тарілки за рахунок збільшення корисної площі барботажного шару на полотні тарілки. Це конструктивно забезпечується тим, що в середній і верхній частині барботажного шару полотна тарілки присутні тільки відкриті патрубки діаметром 5-10 мм, якими обладнано вершини сітчастих конусів. Зменшити розміри зливних патрубків за рахунок підвищення їх пропускної здатності. Це досягається за рахунок того, що під час проходження рідини через сітчасті сепаратори, виконані у вигляді сітчастих конусів, рідина стікає в зливні патрубки переважно у вигляді окремих струмин і крапель (режим дощування). Такий режим не викликає закручування потоку в зливних патрубках і з цієї причини не викликає формування рідинних лійок, які зменшують пропускну здатність зливних патрубків з причини засмоктування газової фази, присутньої у верхній частині зливного патрубку. Зменшити витрати сітки на виготовлення сітчастих сепараторів. Це досягається за рахунок того, що сітка використовується тільки для виготовлення сітчастих конусів сепараторів, вся мінімальна поверхня яких активно сепарує рідину. Перепускна здатність сітчастих сепараторів конічної форми підвищується також за рахунок регулярного відводу газової фази з порожнини між сітчастим сепаратором і зливним патрубком у міжтарілчастий газовий простір. Саме кут нахилу твірної конуса сітчастого сепаратора в межах від 5 до 75° і обладнання сітчастих конусів відкритими трубками з висотою, що перевищує висоту барботажного шару на полотні тарілки забезпечують регулярний відвід газової фази з порожнини між сітчастим сепаратором і зливним патрубком у міжтарілчастий простір. Таким чином, у результаті вдосконалення конструкції тарілки з двома зонами контакту фаз шляхом удосконалення конструкції сітчастих сепараторів забезпечується зменшення габаритних розмірів тарілок і зниження вартості їх виготовлення. Запропоновану тарілку з двома зонами контакту фаз показано на фіг.1-3. Тарілка з двома зонами контакту фаз включає барботажне полотно 1 зі зливними патрубками 2 у вигляді усічених конусів з більшими основами, закріпленими на барботажному полотні знизу, конусні розподілювачі рідини 3, установлені співвісно під зливними патрубками 2 вершинами назустріч зливним патрубкам 2, і сітчасті сепаратори 4, установлені співвісно над зливними патрубками 2 і виконані з еквівалентним діаметром чарунок сітки 0,2-1,5 мм за вільного перерізу сітки 25-65%. Сітчасті сепаратори 4 виконано у вигляді сітчастих конусів, що мають кут нахилу твірної від 5 до 75°. Вершини сітчастих конусів 4 обладнано відкритими трубками 5, що мають висоту, яка перевищує висоту барботажного шару на тарілці. Запропонована тарілка з двома зонами контакту фаз працює наступним чином. Під час запуску тарілки в роботу, спочатку зверху подасться на барботажне полотно тарілки 1 рідинний потік. Рідина у відсутність газового потоку вільно провалюється через перфорацію барботажного полотна 1 і частково проходить через конічні сепаратори 4 і зливні патрубки 2. Далі включається подача газового потоку під барботажне полотно 1 тарілки. У міру зростання витрат газу зростатиме гідравлічний опір тарілки і тиск газу під тарілкою. Це призведе у подальшому до припинення провалу рідини через отвори барботажного полотна 1 і утворення на барботажному полотні газорідинного барботажного шару. Відтоді перелив рідини на нижче розташовану тарілку буде здійснюватись тільки через сітчасті сепаратори 4 і зливні патрубки 2. Зі зливних патрубків 2 рідина попадає на розподільчі конуси 3 і далі у вигляді рідинних плівок після контакту з висхідним газовим потоком поступає в газорідинний барботажний шар нижче розташованої тарілки. Під час роботи цієї тарілки трубки 5 використовуються для регулярного відводу газової фази з порожнин між сітчастими сепараторами і зливними патрубками у міжтарілчастий газовий простір. Таким чином, розроблена конструкція барботажної тарілки забезпечує зменшення габаритних розмірів тарілок і зниження вартості їх виготовлення. Українським державним хіміко-технологічним університетом розроблено конструкцію та робочі креслення тарілок, в яких використано матеріали даної заявки на отримання патенту. Упровадження у виробництво розробленої конструкції тарілки заплановано на 2004 рік.