МАССООБМЕННОЕ КОНТАКТНОЕ УСТРОЙСТВО Российский патент 2004 года по МПК B01D3/30 

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 разделенном движении фаз по 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 двухсторонним клапаном с возможностью перемещения. Клапан исполнен 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 прорывающий клапан.

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

В основу изобретения поставлена задача усовершенствования известного устройства, а именно обеспечение оптимальных условий работы аппарата при циклическом режиме проведения массообменных процессов, уменьшение влияния запаздывания импульса давления газового (парового) патока по высоте колонны за счет автономной работы каждого контактного устройства при раздельном движении фаз и тем самым увеличение продуктивности и надежности работы конструкции.

Поставленная задача решается тем, что массообменное контактное устройство содержит полотно тарелки с контактным элементом, обечайку, подвижный двухсторонний клапан, ограничители подъема и опускания, в соответствии с изобретением по периметру обечайка имеет отверстия, подвижный двухсторонний клапан исполнен в виде установленных одна над другой сплошных пластин, причем 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 этого контактный элемент выполнен в виде внутреннего колпачка с отогнутыми по касательной пластинами барботажного узла, высота вертикальных отверстий по периметру обечайки равна высоте двухстороннего клапана, а в крайних положениях двухстороннего клапана одна из пластин клапана обеспечивает деление свободного прохода вертикальных отверстий обечайки на равные секторы.

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

1. Отверстия для прохождения жидкости и газа (пара) выполнены по периметру обечайки, что дает возможность значительно увеличить (до 50% и более) “свободный проход” для газа (пара) и жидкости, тем самым увеличить скорость массообмена и соответственно продуктивность устройства.

2. Для закрытия и открытия переходного объема используется один двухсторонний клапан, а не два клапана, как в ближайшем аналоге. При этом значительно увеличивается надежность работы контактного устройства и упрощается его конструкция.

3. Сплошные верхняя и нижняя пластины двухстороннего клапана расширяют диапазон нагрузки колонны по газу (пару) за счет уменьшения рабочего перепада давления на тарелке.

4. Перетекание жидкости с верхнего полотна тарелки в переходной объем осуществляется значительно скорее, так как жидкость проходит без сопротивления через сплошное отверстие внутреннего колпачка.

5. Выполнение контактного элемента в виде внутреннего колпачка с отогнутыми по касательной пластинами барботажного узла дает возможность придавать жидкости при барботаже вращательное движение и при выходе из контактного элемента использовать дополнительную турбулизацию за счет эффекта встречных потоков. При этом значительно увеличивается поверхность массообмена и увеличивается коэффициент полезного действия устройства.

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

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

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

Фиг.4 - 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 и 11 под полотном тарелки 1, дополнительного (нижнего) полотна тарелки 5, двухстороннего клапана, который движется в середине обечайки 4 и состоит из верхней 6 и нижней 7 пластин, соединенных дистанционной стойкой 8, отогнутый нижний край обечайки 4 исполняет функцию ограничителя опускания.

Контактное устройство работает следующим образом. Газовая (паровая) фаза во время парового периода (пар поднимается вверх по колонне, перетекание жидкости с тарелки на тарелку отсутствует) поднимает клапан в фиксированное верхнее положение таким образом, что верхняя пластина 6 двухстороннего клапана закрывает отверстие контактного элемента. Пар, проходя через барботажный узел 3 контактного элемента 2, взаимодействует со слоем жидкости, которая находится на тарелке (жидкость поступила ранее с тарелки, расположенной выше), барботирует через слой.

После окончания парового периода заканчивается подача газа (пара) и двухсторонний клапан под действием своей тяжести и веса жидкости падает вниз до тех пор, пока его движение не остановит ограничитель опускания 9 обечайки 4.

Так как жидкость и клапан падают под своим весом, отверстие 10 обечайки 4 будет закрыто нижней пластиной 7 раньше, чем жидкость достигнет пластины 7. Жидкость из зоны барботажа на полотне тарелки 1 проходит через отверстия 11 обечайки 4, попадает в объем, ограниченный обечайкой 4, дополнительным нижним полотном тарелки 5 и двухсторонним клапаном (переходной объем).

Время задержки подачи пара (газа) будет определяться временем перетекания жидкости из полотна тарелки 1 в вышеуказанный объем и будет составлять десятые доли секунды.

В начальный момент подачи газа (пара) на нижнюю пластину двухстороннего клапана будет действовать подъемная сила, которая обусловлена 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 из нижней 7 на верхнюю 6 пластину двухстороннего клапана.

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 однократном изменении жидкостной задержки одновременно на всех тарелках по высоте колонны. При этом каждое контактное устройство работает автономно, что позволяет устранить влияние запоздания импульса парового потока в период подачи пара в колонну.

В момент открытия переходного объема создается дополнительная зона контакта.

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

Массообменное контактное устройство может быть использовано в пищевой, химической, нефтехимической, нефтеперерабатывающей и других отраслях промышленности. Устройство содержит полотно тарелки с контактным элементом, обечайку, подвижный двухсторонний клапан, ограничители подъема и опускания, в соответствии с изобретением по периметру обечайка имеет отверстия, 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 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 каждая из пластин клапана обеспечивает деление свободного прохода вертикальных отверстий обечайки на равные секторы. Технический результат заключается в следующем. Предложенная конструкция дает возможность значительно увеличить "свободный проход" для газа (пара) и жидкости, тем самым увеличить скорость массообмена и соответственно продуктивность устройства. Контактное устройство позволяет проводить процесс массообмена в системе газ (пар) - жидкость в циклическом режиме при однократном изменении жидкостной задержки одновременно на всех тарелках по высоте колонны. При этом каждое контактное устройство работает автономно, что позволяет устранить влияние запоздания импульса давления парового патока в период подачи пара в колонну. В момент открытия переходного объема создается дополнительная зона контакта. Использование предложенного контактного устройства устраняет перемешивание жидкости на смежных ступенях контакта и позволяет повысить эффективность массообмена в два - три раза по сравнению со стационарным процессом. 5 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Массообменное контактное устройство, которое содержит полотно тарелки (1) с контактным элементом (2), обечайку (4), подвижный двухсторонний клапан, ограничители подъема (2) и опускания (9), отличающееся тем, что содержит дополнительное полотно тарелки (5), обечайка (4) по периметру имеет отверстия (11), а подвижный двухсторонний клапан выполнен в виде установленных одна над другой сплошных пластин, соединенных дистанционной стойкой (8).2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что нижние кромки отверстий (11) обечайки (4) выполнены на уровне дополнительного полотна тарелки (5).3. Устройство по пп.1 и 2, отличающееся тем, что ограничителем подъема двухстороннего клапана является контактный элемент (2), а опускания - нижний край (9) обечайки (4).4. Устройство по любому из предыдущих пунктов, отличающееся тем, что высота отверстий (11) обечайки (4) равна высоте двухстороннего клапана.5. Устройство по любому из предыдущих пунктов, отличающееся тем, что в крайних положениях двухстороннего клапана одна из его пластин обеспечивает деление свободного прохода отверстий (11) обечайки (4) на равные секторы.6. Устройство по любому из предыдущих пунктов, отличающееся тем, что контактный элемент (2) исполнен в виде внутреннего колпачка с отогнутыми по касательной пластинами барботажного узла (3).