EA012722B1

EA012722B1 - Массообменное контактное устройство

Info

Publication number: EA012722B1
Application number: EA200801972A
Authority: EA
Inventors: Богдан Владимирович МАЛЕТА; Олеся Владимировна МАЛЕТА
Original assignee: Богдан Владимирович МАЛЕТА; Олеся Владимировна МАЛЕТА
Priority date: 2006-04-10
Filing date: 2007-04-03
Publication date: 2009-12-30
Also published as: EA200801972A1; UA81700C2; EP2027901A4; EP2027901A1; WO2007117227A1; US20090145738A1

Abstract

Изобретение может быть использовано в пищевой, химической, нефтехимической и нефтеперерабатывающей промышленности. Массообменное контактное устройство содержит полотно тарелки (1) с контактным элементом (2), дополнительное полотно тарелки (5), обечайку (4), которая имеет по периметру отверстия (11, 12), подвижный двухсторонний клапан, выполненный в виде установленных одна над другой сплошных пластин (6, 7), соединенных между собой дистанционной стойкой (8). Новым является то, что внешнее пространство контактного элемента соединено кожухом (13) через верхний ряд отверстий (12) в обечайке (4) с внутренним пространством обечайки. Технический результат состоит в следующем: 1) увеличивается подъемная сила, действующая на двухсторонний клапан (8), во время его движения вверх, за счет максимально возможного перепада давления на верхней пластине (6) двухстороннего клапана (8), так как газ (пар) не попадает в пространство над верхней пластиной; 2) при прохождении газа (пара) к контактному элементу под верхней пластиной двухстороннего клапана через верхний ряд отверстий (12) в обечайке (4) и кожух (13) используется динамический напор пара, как дополнительная сила, для поддержания клапана в верхнем положении; 3) при уменьшении или колебании расхода газа (пара) для фиксированного свободного сечения прохода газа (пара) клапан опускается вниз до уровня верхнего ряда отверстий (12) обечайки (4), создавая таким образом ситуативное свободное сечение для газа (пара) уже с меньшими значениями, но достаточными для поддержания клапана в верхнем положении за счет стабилизации перепада давления на тарелке; 4) при плавном перекрытии пара клапан (8), двигаясь вниз, уменьшает скорость своего движения на уровне

Description

Изобретение относится к массообменным контактным устройствам, а именно к устройствам, предназначенным для проведения процессов массообмена в системе газ (пар)-жидкость в условиях циклического режима (при раздельном движении фаз в колонне), и может быть использовано в пищевой, химической, нефтехимической, нефтеперерабатывающей и других отраслях промышленности.

Известно массообменное контактное устройство, которое содержит полотно тарелки с контактными элементами. В полотне тарелки по периферии контактного элемента выполнены кольцевые отверстия с перемычками, а под контактным элементом - центральное отверстие, по оси которого под полотном тарелки установлены патрубок и обечайка. Обечайка оснащена размещенным в середине подвижным двусторонним клапаном. Клапан выполнен в виде установленных одна над другой и соединенных дистанционными стойками пластин с центральными отверстиями. Верхнее отверстие служит для прохода патрубка, а под нижним на стержне между ограничителями подъема и опускания установлен прерывающий клапан (А.С. СССР № 1307643).

Недостатком этого устройства является многоэлементность (двухэлементность) движущихся частей конструкции, ограничение свободного сечения патрубка для прохода газа (пара) и свободного сечения кольцевых отверстий для перелива жидкости. Эти недостатки увеличивают гидравлическое сопротивление тарелки при прохождении газа (пара) и время перетекания жидкости с тарелки на тарелку.

Известно массообменное контактное устройство, которое содержит полотно тарелки с контактным элементом, обечайку, подвижный двухсторонний клапан, ограничители подъема и опускания. По периметру обечайка имеет отверстия, а подвижный двухсторонний клапан выполнен в виде установленных одна над другой сплошных пластин. При этом устройство оснащено дополнительным полотном тарелки.

Ограничителем подъема двухстороннего клапана является контактный элемент, а опускания - нижний край обечайки. Нижние кромки отверстий обечайки выполнены на уровне дополнительного (нижнего) полотна тарелки. Кроме того, контактный элемент выполнен в виде внутреннего колпачка с отогнутыми по касательной пластинами барботажного узла, высота вертикальных отверстий по периметру обечайки равняется высоте двухстороннего клапана, а в крайних положениях двухстороннего клапана одна из пластин клапана обеспечивает раздел свободного сечения вертикальных отверстий обечайки на равные сектора (КН 2237508 С1).

Недостатком этого устройства является смещение рабочего диапазона устройства в сторону увеличения расхода пара при больших нагрузках по жидкости. При большом количестве жидкости на тарелке и недостаточном расходе пара происходит самопроизвольная разгрузка тарелки за счет опускания клапана в период подачи пара. Этим нарушаются оптимальные условия работы аппарата для циклического режима. Увеличением расхода пара мы ухудшаем условия перелива жидкости с переходной емкости на нижерасположенную тарелку, вплоть до полного запирания колонны.

В основу изобретения поставлена задача усовершенствования известного устройства, а именно обеспечение оптимальных условий работы аппарата при циклическом режиме ведения массообменных процессов, расширение рабочего диапазона нагрузок по жидкости и пару, уменьшение влияния запаздывания импульса давления газового (парового) потока по высоте колонны за счет автономной работы каждого контактного элемента при раздельном движении фаз, повышение производительности, увеличение надежности и долговечности работы конструкции.

Поставленная задача решается тем, что массообменное контактное устройство содержит полотно тарелки с контактным элементом, обечайку, подвижный двухсторонний клапан, ограничители подъема и опускания, по периметру обечайка имеет отверстия, а подвижный двухсторонний клапан выполнен в виде установленных одна над другой сплошных пластин, при этом устройство оснащено дополнительным полотном тарелки. Ограничителем подъема двухстороннего клапана является контактный элемент, а опускания - нижний край обечайки. Нижние кромки отверстий обечайки выполнены на уровне дополнительного (нижнего) полотна тарелки. Кроме того, контактный элемент выполнен в виде внутреннего колпачка с отогнутыми по касательной пластинами барботажного узла. Высота вертикальных отверстий по периметру обечайки равняется высоте двухстороннего клапана, а в крайних положениях двухстороннего клапана одна из пластин клапана обеспечивает раздел свободного сечения вертикальных отверстий обечайки на равные сектора, в соответствии с изобретением внешнее пространство контактного элемента соединено кожухом через ряд отверстий в обечайке с внутренним пространством обечайки.

Причинно-следственная связь между предложенными признаками и техническим результатом заключается в следующем.

1. Увеличивается подъемная сила, действующая на двухсторонний клапан, во время его движения вверх, за счет максимально возможного перепада давления на верхней пластине двухстороннего клапана, так как газ (пар) не попадает в пространство над верхней пластиной.

2. При прохождении газа (пара) к контактному элементу под верхней пластиной двухстороннего клапана через верхний ряд отверстий в обечайке и кожух используется динамический напор пара, как дополнительная сила, для поддержания клапана в верхнем положении.

3. При уменьшении или колебании расхода газа (пара) для фиксированного (например, 10%) на контактном элементе свободного сечения прохода газа (пара) (а значит и уменьшения перепада давления на тарелке) клапан опускается вниз до уровня верхнего ряда отверстий обечайки, создавая таким образом

- 1 012722 ситуативное свободное сечение для газа (пара) уже с меньшими значениями (например, 2%), но достаточными для поддержания клапана в верхнем положении за счет стабилизации перепада давления на тарелке.

4. При плавном перекрытии пара клапан, двигаясь вниз, уменьшает скорость своего движения на уровне верхнего ряда отверстий обечайки и плавно, без удара, садится на ограничитель опускания, увеличивая, таким образом, долговечность конструкции.

На фиг. 1 показано устройство в положении, которое отвечает начальному моменту подачи газа (пара).

На фиг. 2 показано устройство в положении, которое отвечает изменению приложения подъемной силы с нижней на верхнюю пластину двухстороннего клапана.

На фиг. 3 показано устройство в положении, которое отвечает всем последующим моментам подачи газа (пара).

На фиг. 4 показано устройство в положении, которое отвечает образованию ситуационного свободного сечения для прохода газа (пара).

Фиг. 5 - вид сверху.

Контактное устройство состоит из полотна тарелки 1, на котором закреплен контактный элемент 2 с отогнутыми по касательной пластинами барботажного узла 3, обечайки 4 с отверстиями 10, 12 и 11 под полотном тарелки 1, дополнительного (нижнего) полотна тарелки 5, двухстороннего клапана, состоящего из верхней 6 и нижней 7 пластин, соединенных между собой дистанционной стойкой 8. Отогнутый нижний край обечайки 4 исполняет функцию ограничителя опускания 9. Кожух 13 соединяет внешнее пространство контактного элемента 2 через верхний ряд отверстий 12 в обечайке 4 с внутренним пространством обечайки.

Контактное устройство работает следующим образом. Газовая (паровая) фаза во время парового периода поднимает двухсторонний клапан в фиксированное верхнее положение таким образом, что верхняя пластина 6 двухстороннего клапана закрывает отверстие контактного элемента 2. Пар, проходя под верхней пластиной 6 через верхний ряд отверстий 12 в обечайке и кожух 13, поступает в барботажный узел 3 контактного элемента 2, барботирует через слой жидкости.

По окончании парового периода двухсторонний клапан под действием собственного веса и веса жидкости движется вниз, уменьшая скорость движения на уровне верхнего ряда отверстий 12 обечайки, и плавно садится на ограничитель опускания 9. Жидкость из зоны барботажа на полотне тарелки 1 проходит через отверстия 11 обечайки 4, попадая в объем, ограниченный обечайкой 4, дополнительным (нижним) полотном тарелки 5 и двухсторонним клапаном (переходной объем).

Время задержки подачи газа (пара) будет определяться временем перелива жидкости с полотна тарелки 1 в переходную емкость и будет составлять несколько секунд.

В начальный момент подачи газа (пара) на нижнюю пластину 7 двухстороннего клапана будет действовать подъемная сила, обусловленная перепадом давления. Под действием этой силы будут двигаться вверх двухсторонний клапан, а за ним жидкость, которая находится в переходном объеме.

В момент времени, когда пластины двухстороннего клапана поравняются с отверстиями обечайки 4, приложение подъемной силы переходит с нижней 7 на верхнюю 6 пластину двухстороннего клапана. При этом сохраняется максимально возможный перепад давления, а значит и подъемная сила на верхней 6 пластине, так как газ (пар) не проходит через кожух 13 к пространству над верхней пластиной 6.

В отверстия обечайки 4 проходит газ (пар), барботируя через жидкость. С увеличением отверстия скорость пара, который проходит через отверстие, будет падать и создадутся условия для перехода жидкости на нижерасположенную тарелку. Двухсторонний клапан продолжает свое движение вверх до фиксируемого верхнего положения. Вес двухстороннего клапана и столба жидкости над ними должны быть меньше силы перепада давления, которое действует на верхнюю пластину.

Время перетекания жидкости с тарелки на тарелку называется жидкостным периодом. Таким образом, время цикла, который состоит из парового и жидкостного периодов, завершается. Последующие циклы проходят аналогично.

Предложенное контактное устройство позволяет проводить процесс массообмена в системе газ (пар)-жидкость в циклическом режиме при однократной смене жидкостной задержки одновременно на всех тарелках по высоте колонны, расширяет рабочий диапазон нагрузок по жидкости и пару, повышает производительность, увеличивает надежность и долговечность работы конструкции.

Использование предложенного контактного устройства устраняет перемешивание жидкости на смежных ступенях контакта и позволяет поднять эффективность массообмена в 2-3 раза в сравнении со стационарным процессом.

Claims

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

1. Массообменное контактное устройство, которое содержит полотно тарелки с контактным элементом, дополнительное полотно тарелки, обечайку, которая имеет по периметру отверстия, подвижный двухсторонний клапан, выполненный в виде установленных одна над другой сплошных пластин, соединенных между собой дистанционной стойкой, отличающееся тем, что внешнее пространство контактного элемента соединено кожухом через верхний ряд отверстий в обечайке с внутренним пространством обечайки.
2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что верхний ряд отверстий в обечайке и отверстия обечайки могут быть сплошными.