КЛАПАННАЯ ТАРЕЛКА Российский патент 1999 года по МПК B01D3/18 B01D3/30 

Изобретение относится к устройствам для осуществления контакта пара (газа) и жидкости в процессах ректификации или абсорбции и может быть использовано в химической, нефтеперерабатывающей и других отраслях промышленности, реализующих эти процессы разделения смесей.

Известна клапанная тарелка для осуществления контакта пара (газа) и жидкости, включающая карман для приема жидкости, сливную перегородку и основание с отверстиями, в которых установлены пластинчатые клапаны прямоугольной формы [Патент Великобритании N 1236065, кл. B 1 R]. Недостатком известной конструкции является то, что вследствие прямоугольной формы клапана весь паровой поток выходит из-под клапана в направлении, перпендикулярном потоку жидкости, движущейся от приемного кармана к сливной перегородке. Таким образом, контакт фаз осуществляется в чистом перекрестном токе фаз, и при высоких паровых нагрузках интенсивно растет сопротивление тарелки и унос жидкости, вследствие чего снижаются предельно допустимые нагрузки.

Известна клапанная тарелка для осуществления контакта пара (газа) и жидкости, включающая карман для приема жидкости, сливную перегородку и основание тарелки с отверстиями и установленными в них пластинчатыми клапанами, с боковыми стенками, выполненными в форме секторов с отгибкой для ограничения подъема клапана [Авт. свидетельство СССР N 425632, М. кл. B 01 D 3/30, B 01 D 3/32] . За счет секторной формы боковых стенок клапан при полном подъеме занимает наклонное положение относительно основания тарелки и направляет пар в сторону сливного кармана. При этом контакт фаз на тарелке осуществляется в прямотоке, что приводит к увеличению предельных нагрузок на тарелке. Недостатком известной конструкции является то, что практически во всем диапазоне нагрузок эффективность контакта ниже, чем на тарелках перекрестно-точного типа. Это объясняется тем, что пар, транспортируя жидкость к сливному карману, уменьшает время контакта фаз, а следовательно, и эффективность тарелки.

Известна клапанная тарелка для осуществления контакта пара (газа) и жидкости, включающая карман для приема жидкости, сливную перегородку и основание тарелки с отверстиями и установленными в них пластинчатыми клапанами, ширина крышки которых сужается в направлении к сливной перегородке [Авт. свидетельство N 424574, М. кл. B 01 D 3/30, B 01 D 3/18, B 01 D 53/18], (прототип). Сужающаяся в направлении к сливной перегородки (трапециевидная) форма клапанов обеспечивает выход парового потока под углом к общему направлению потока жидкости, чем достигается частичная гидравлическая компенсация прямоточной составляющей скорости парового потока. Вследствие этого при низких и умеренных нагрузках по пару эффективность тарелки существенно выше, чем на прямоточных конструкциях, однако при повышенных скоростях пара гидравлической компенсации прямотока оказывается недостаточно и происходит существенное снижение эффективности.

Кроме того, все известные конструкции клапанов имеют плоские крышки и при работе со средами, склонными к образованию осадка, на основании тарелки образуются отложения, уменьшающие сечение для выхода пара между крышкой клапана и основанием тарелки вплоть до "залипания" клапана и его полного отглушения.

Цель изобретения - повышение эффективности контакта фаз при повышенных паровых нагрузках за счет повышения степени гидравлической компенсации прямоточной составляющей скорости парового потока и увеличения времени контакта фаз на тарелке.

Поставленная цель достигается тем, что задняя часть крышки клапана со стороны приемного кармана выполнена прямоугольной формы. Выходящий из-под клапана паровой поток всегда направлен в плане перпендикулярно образующим крышки клапана. Следовательно, поток пара, выходящего в зоне прямоугольной части клапана, направлен перпендикулярно общему направлению движения жидкости на тарелке и способствует дополнительной гидравлической компенсации прямоточной составляющей скорости потока паров, выходящих в зоне сужающейся части крышки клапана. Таким образом, при повышенных паровых нагрузках дополнительная гидравлическая компенсация прямоточной составляющей обеспечивает повышение эффективности предлагаемой конструкции по сравнению с прототипом, приближая ее эффективность к эффективности перекрестно-точных конструкций, но при этом допускает более высокую производительность по сравнению с перекрестно-точными клапанными тарелками за счет наличия прямоточной составляющей. Следует отметить также, что при равной высоте подъема клапана и одинаковых габаритных размерах предлагаемого и трапециевидного клапанов (равной длине и ширине клапана), а следовательно, и при равном числе клапанов на тарелке, предлагаемая конструкция будет иметь большее свободное сечение основания тарелки за счет большей площади отверстия под клапан в предлагаемой конструкции по сравнению с прототипом. Следовательно, отличительные признаки предлагаемой конструкции способствуют снижению сопротивлению и повышению эффективности и предельных нагрузок.

С целью предотвращения "залипания" и последующего выключения клапана из работы за счет возможного отложения осадков на основании тарелки, крышка клапана может быть выполнена выпуклой. В этом случае даже при выпадении осадка на основание тарелки обеспечивается свободный выход паров из-под клапана, что препятствует "залипанию" и "отглушению" клапана.

Кроме того, с целью повышения эффективности контакта за счет дополнительной турбулизации газожидкостного слоя ширина прямоугольной части крышки клапана может отличаться от максимальной ширины сужающейся части крышки клапана.

На фиг. 1 приведен общий вид описываемой клапанной тарелки, на фиг. 2 - 5 приведены аксонометрические и ортогональные проекции вариантов выполнения клапанов.

Предлагаемая клапанная тарелка (фиг. 1) включает карман для приема жидкости 1, сливную перегородку 2 и основание 3 с отверстиями 4 и установленными в них пластинчатыми клапанами 5, Задняя часть крышки клапана со стороны приемного кармана выполнена прямоугольной формы, а передняя часть клапана, обращенная к сливной перегородке, выполнена сужающейся (трапециевидной) формы. Отверстия под клапаны 4 и соответственно сами клапаны 5 размещаются на основании 3 таким образом, что сужающаяся часть клапана обращена к сливной перегородке 2.

На фиг. 2 приведена аксонометрическая проекция клапана 5 и фрагмент основания тарелки 3 с отверстием под клапан 4 в варианте выполнения клапана в виде плоской пластины с равными размерами прямоугольной части и максимального размера сужающейся (трапециевидной) части клапана.

На фиг. 3 показан в аксонометрической проекции клапан 5 в варианте выполнения его выпуклым.

На фиг. 4 и 5 приведены проекции в плане варианты выполнения клапанов в виде плоской пластины с шириной прямоугольной части клапана больше (фиг. 4) и меньше (фиг. 5), чем максимальная ширина сужающейся (трапециевидной) части клапана 4.

Тарелка работает следующим образом. Жидкость из приемного кармана 1 поступает на основание тарелки 3 и движется по направлению сливной перегородки 2. Поток пара поступает через отверстия 4 в основании тарелки 3 под клапан 5 и, приподнимая его над основанием 3, поступает в слой жидкости, движущейся по основанию тарелки к сливной перегородке 2. Струи пара, выходящие из-под клапана в сужающейся его части, направлены перпендикулярно боковым сторонам клапана, т.е. под углом к общему направлению движения жидкости и, следовательно, имеют прямоточную составляющую, подталкивающую жидкость к сливной перегородке. Величина этой составляющей тем больше, чем больше угол сужения клапана и чем выше скорость пара в колонне. При высоких паровых нагрузках наличие этой прямоточной составляющей может существенно уменьшить время контакта жидкости на тарелке и привести к резкому снижению эффективности разделения. Наличие на клапане участка прямоугольной формы, где струи выходящего из-под клапана пара направлены перпендикулярно движению жидкости на тарелке, частично компенсируют отрицательное влияние прямоточной составляющей. Они затормаживают движение газожидкостного слоя к сливной перегородке, увеличивают время контакта и повышают эффективность разделения. При этом благодаря не полной, а частичной гидравлической компенсации, нескомпенсированная часть прямоточной составляющей позволяет увеличить предельные нагрузки по сравнению с чисто перекрестноточными конструкциями клапанных тарелок. Таким образом наличие на клапане прямоугольной и сужающейся частей приводит к образованию двух зон контакта - перекрестноточной и прямоточной. Вследствие этого происходит не простое суммирование положительных эффектов этих двух способов контакта. Возникает новый эффект, не присущий ни одному взятому в отдельности способу. В области высоких паровых нагрузок, когда клапанная перекрестно-точная тарелка захлебывается, а тарелка с трапециевидными клапанами имеет пониженную эффективность, предлагаемая конструкция обеспечить более высокий КПД.

Выполнение прямоугольной и сужающейся частей клапана разной ширины приводит к дополнительной турбулизации газожидкостного слоя, что способствует повышению эффективности контакта. При этом выполнение прямоугольной части клапана более широкой, чем максимальная ширина сужающейся части приводит к повышению степени прямотока и, следовательно, производительности, а обратное соотношение размеров прямоугольной и сужающей частей клапана способствует большей компенсации прямотока и, как следствие, повышению эффективности контакта.

Выполнение клапана выпуклым приводит к тому, что даже при отложении слоя осадка на основании тарелки между крышкой клапана и основанием тарелки остается сечение для прохода паров, и выходящие из-под клапана струи пара препятствуют полному "отглушению" клапана и выключения его из работы.

Изобретение относится к устройствам для осуществления контакта пара (газа) и жидкости в процессах ректификации или абсорбции и может быть использовано в химической, нефтеперерабатывающей и других отраслях промышленности, реализующих эти процессы разделения смесей. Изобретение обеспечивает повышение эффективности контакта фаз при повышенных паровых нагрузках за счет повышения степени гидравлической компенсации прямоточной составляющей скорости парового потока и увеличения времени контакта фаз на тарелке. Клапанная тарелка включает основание с отверстиями и установленными в них пластинчатыми клапанами, ширина крышки которых сужается в направлении к сливной перегородке. Задняя часть крышки клапана со стороны приемного кармана выполнена прямоугольной формы. Поток пара, выходящего в зоне прямоугольной части клапана, направлен перпендикулярно общему направлению движения жидкости на тарелке и способствует дополнительной гидравлической компенсации прямоточной составляющей скорости потока паров, выходящих в зоне сужающейся части крышки клапана. Это обеспечивает увеличение времени контакта фаз, повышение эффективности. 2 з.п.ф-лы, 5 ил.

1. Клапанная тарелка для осуществления контакта пара (газа) и жидкости, включающая карман для приема жидкости, сливную перегородку и основание тарелки с отверстиями и установленными в них пластинчатыми клапанами, ширина крышки которых сужается в направлении к сливной перегородке, отличающаяся тем, что задняя часть крышки клапана со стороны приемного кармана выполнена прямоугольной формы. 2. Клапанная тарелка по п.1, отличающаяся тем, что крышка клапана выполнена выпуклой. 3. Клапанная тарелка по п.1 или 2, отличающаяся тем, что ширина прямоугольной части крышки клапана отличается от максимальной ширины сужающейся части крышки клапана.