КОНТАКТНОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ МАССООБМЕННЫХ АППАРАТОВ Российский патент 1995 года по МПК B01D3/30 

Изобретение относится к массообменным устройствам колонных аппаратов для систем пар (газ) жидкость и может быть использовано в нефтехимической, химической и других отраслях промышленности.

Известна конструкция контактного устройства в виде ситчатой тарелки с отбойными элементами на основе перфорированного (просечно-сжатого) листа. Недостатком этой конструкции является узкий диапазон эффективной и устойчивой работы контактного устройства. Этот недостаток обусловлен тем, что просечно-вытяжной лист основания тарелки имеет значительное свободное сечение, что приводит к необходимости для исключения провала жидкой фазы или предотвращения ее уноса жестко выдерживать технологические параметры процесса.

Известны также контактные устройства, включающие основание с отверстиями для прохода жидкой фазы (пара, газа) и переливы для жидкости. Над отверстиями основания расположены пластинчатые клапаны с отогнутыми вниз лапками, которые размещены в отверстиях основания и выполняют роль направляющих и ограничителей подъема клапанов или пластины клапана жестко связаны с основанием с помощью, например, штамповки с вытяжкой материала листа.

Недостатком этих устройств является сравнительно малоэффективное использование площади основания контактного устройства (тарелки), что выражается в неравномерном распределении зоны ухода газовой фазы (пара/газа) между клапанами, в результате чего уменьшается свободное сечение тарелки и возрастает неравномерность по пару (газу) в зоне ухода и, как следствие, возрастают гидравлическое сопротивление и межтарельчатый унос жидкости паром (газом).

Наиболее близким техническим решением является контактное устройство, содержащее основание с переливами и пластинчатыми клапанами, размещенными над прямоугольными отверстиями основания с образованием боковых вертикальных зазоров между поверхностью клапанов и основания. Для этого устройства характерна неравномерность по газу (пару), повышенное гидравлическое сопротивление и межтарельчатый унос жидкой фазы.

К недостаткам устройства можно отнести также то, что между рядами отверстий основания расположена глухая (без отверстий) зона, не используемая ни для ухода пара (газа), ни для размещения дополнительных отверстий и клапанов. Выполнение таких зон в основании обусловлено необходимостью создания перемычек между отверстиями для сохранения несущей способности основания. Однако зоны дополнительно снижают свободное сечение тарелки и увеличивают ее гидравлическое сопротивление.

Цель изобретения повышение производительности, увеличение диапазона эффективной и устойчивой работы при одновременном снижении гидравлического сопротивления контактного устройства.

Для этого в контактном устройстве для массообменных процессов, включающем основание с прямоугольными щелевыми просечками, перекрытыми поверхностью клапанов с образованием вертикальных боковых зазоров между поверхностью основания и поверхностями клапанов, просечки наиболее рационально размещены на поверхности основания, что полностью исключает необходимость образования междурядных незаполненных клапанами зон. Предлагаемое контактное устройство отличается размещением просечек на полотне основания в шахматном порядке с шагом смещения смежных рядов на величину не менее ширины просечки, при этом концы просечек смежных рядов расположены на одной прямой, а концевые участки просечек для образования перемычек между рядами выполнены фигурными; кроме того, для уменьшения провала жидкой фазы одна из боковых стенок или направляющих каждого клапана выполнена глухой со стороны набегания жидкой фазы, а противоположная стенка или направляющая снабжена окном для прохода газовой фазы. Дополнительно на поверхности клапанов могут быть выполнены просечные вытяжки, обеспечивающие увеличение поверхности массообмена.

На фиг.1 изображен вариант расположения просечек на поверхности основания тарелки; на фиг. 2 разрез А-А на фиг. 1; на фиг. 3 подвижный клапан (вариант выполнения); на фиг. 4 разрез по Б-Б на фиг. 3; на фиг. 5 расположение дополнительных клапанов на поверхности основных клапанов; на фиг. 6 разрез В-В на фиг. 5.

Контактное массообменное устройство содержит основание 1 с прямоугольными щелевыми просечками 2 (фиг. 1, 2), перекрытыми клапанами 3 с образованием вертикальных щелевых зазоров а между поверхностью основания 1 и клапанов 3.

Щелевые прямоугольные просечки 2 расположены на основании 1 в шахматном порядке с шагом смещения смежных рядов на величину не менее ширины просечки, при этом концы просечек смежных рядов расположены на одной прямой, а концевые участки просечек 2, для образования перемычек между рядами, выполнены фигурными (см. фиг. 1, 2).

Пластины клапанов 3 могут быть связаны с основанием 1 или жестко (фиг. 1) или подвижно (фиг. 3-5); жесткая связь осуществляется, например, с помощью штамповки с вытяжкой материала основания 1 или контактной сваркой. Подвижное соединение основания 2 с клапаном 3 (см. фиг. 3-5) осуществляется установкой в отверстия основания 1 направляющих 4 клапана 3 с отгибами 5.

В обоих вариантах выполнения со стороны набегания жидкости боковые стенки 6 или направляющие 4 выполнены глухими, т.е. не имеют каких-либо окон, а с противоположной стороны они имеют окна 7, при этом боковые стенки 6 или направляющие снабжены направляющими козырьками 8. Кроме того, в обоих вариантах пластины клапанов 3 могут быть снабжены просечными вытяжками, размещенными аналогично просечкам основания или таким образом, как это показано на фиг. 4, 5. В вариантах выполнения просечки 2 или вытяжки со стороны набегания жидкости могут быть выполнены выпуклыми, а соответственно, и боковые поверхности клапанов 3 будут иметь выпуклую форму.

Работает устройство следующим образом.

Жидкая фаза поступает на контактное устройство и движется по основанию 1 от переливок к сливам (на чертеже не показаны), одновременно снизу поступает газовая фаза, которая, проходя через окна 7, боковые зазоры "а", т.е. в зазоры между просечными вытяжками и поверхностью клапанов 3, вступает в контакт с жидкой фазой. При этом газовая фаза, проходя через окна 7 с помощью козырьков 8, направляется вдоль тока жидкой фазы, а при проходе через боковые зазоры основных и дополнительных клапанов, перекрестно току жидкой фазы.

По мере увеличения расхода пара (газа) в варианте с подвижными клапанами 3 начинается их подъем вплоть до упора ограничителей подъема (отгиба 5) в нижнюю поверхность основания 1. Выпуклая во встречном направлении току жидкой фазы поверхность клапана 3 исключает возможность образования застойных зон и способствует лучшему набеганию слоя жидкости на поверхность клапанов 3.

Таким образом контактное устройство работает в слабопрямоточном и перекрестном режимах.

Однако преимущественным режимом работы является перекрестный режим, так как проходное сечение окон 7 значительно меньше (примерно в 15-30 раз) суммарного проходного сечения боковых зазоров основных 3 и дополнительных клапанов.

В сравнении с известными устройствами предлагаемое контактное устройство имеет на 35-40% большее свободное сечение, что позволяет существенно снизить гидравлическое сопротивление и приблизиться по этой характеристике и контактным устройствам на основе просечно-вытяжного листа. Одновременно значительно расширяется диапазон устойчивой работы контактного устройства за счет перекрестно-прямоточного режима его работы, что значительно уменьшает градиент жидкой фазы и препятствует ее провалу.

Использование: в нефтехимической, химической и других отраслях промышленности. Сущность изобретения: контактное устройство содержит основание с прямоугольными щелевыми просечками, перекрытыми поверхностью клапанов с образованием вертикальных боковых зазоров между поверхностью основания и клапанов, и переливы для жидкой фазы. Прямоугольные просечки на основании расположены в шахматном порядке с шагом смещения смежных рядов на величину не менее ширины просечки, при этом концы просечек рядов расположены на одной прямой, а их угловые участки для образования перемычек между рядами выполнены фигурными. Кроме того, одна из стенок направляющих клапана выполнена сплошной со стороны набегания жидкой фазы, а противоположная стенка или направляющая снабжена окном или щелью для прохода газовой фазы. Дополнительно каждый из клапанов может быть снабжен просечками с вытяжкой для увеличения контактной поверхности. 2 з.п. ф-лы, 6 ил.

1. КОНТАКТНОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ МАССООБМЕННЫХ АППАРАТОВ для систем пар(газ)-жидкость, включающее основание с прямоугольными просечками, перекрытыми поверхностью клапанов с образованием вертикальных боковых зазоров между поверхностью основания и поверхностями клапанов, и переливы для жидкой фазы, отличающееся тем, что, с целью повышения производительности, эффективности, увеличения диапазона эффективной и устойчивой работы при одновременном снижении гидравлического сопротивления, прямоугольные просечки расположены на основании в шахматном порядке с шагом смещения смежных рядов на величину не менее ширины просечки, при этом концы просечек смежных рядов расположены на одной прямой, а их концевые участки для образования перемычек между рядами выполнены фигурными. 2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что, с целью уменьшения провала жидкой фазы, одна из стенок или направляющих каждого клапана выполнена глухой со стороны набегания жидкой фазы, а противоположная стенка или направляющая снабжена окном для прохода газовой фазы. 3. Устройство по пп.1 и 2, отличающееся тем, что на каждом из клапанов выполнены дополнительные клапаны в виде просечных вытяжек.