ОБЛАСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Настоящее изобретение относится к сливному устройству, к контактному парожидкостному устройству, снабженному указанным сливным устройством, и предпочтительно к химическому обрабатывающему контактному парожидкостному устройству, в котором сосуд содержит несколько по существу горизонтальных лотков, которые поддерживают парожидкостную смесь. Жидкость вводится у верхнего конца сосуда и течет вниз от лотка к лотку через множество ступенчатых сливных устройств, при этом лотки имеют отверстия для создания зон барботирования, через которые поднимающиеся пары могут подниматься для вступления в контакт с жидкостью и/или с парожидкостными смесями, которые находятся на лотках и текут через них.
ПРЕДПОСЫЛКИ ИЗОБРЕТЕНИЯ
В технике известно, что работа контактного лоткового устройства может быть улучшена, если поток жидкости на лотке является однородным в том смысле, что поток в боковых областях по существу является таким же, что и поток вдоль центральной оси потока. Ранее для этой цели использовались фасонные наконечники в сливных устройствах, направленные выпускные отверстия для пара и другие средства.
Также известно, что работа контактного лоткового устройства в некоторых случаях может быть улучшена, если внутренняя стенка сливного устройства отклонена от вертикали так, что площадь поперечного сечения сливного устройства уменьшается от верха к нижней части. Эта конструкция существенно максимизирует впускное отверстие сливного устройства и минимизирует зону, занимаемую нижней частью этого устройства, максимизируя, таким образом, зону барботирования для дополнительного потока пара. Так как сливное устройство на боковой части лотка наклонено, чтобы уменьшить площадь поперечного сечения, длина хорды на выпуске жидкости пропорционально уменьшена. Обычно, чтобы обеспечить соответствующее распределение жидкости на лотке, степень наклона сливного устройства ограничена для поддержания длины хорды на выпуске жидкости не менее 60% диаметра колонны.
Также в технике используются укороченные сливные устройства, подобные желобу и имеющие сплошное дно, поднятое над настилом лотка, находящегося под ним, и проходящее в наружном направлении от опорной стенки сливного устройства. Дно укороченного сливного устройства имеет отверстия, предназначенные для регулирования потока жидкости к расположенному внизу лотку, а также образует жидкостное уплотнение для предотвращения течения паров вверх через сливное устройство. Выпуск жидкости из укороченного сливного устройства происходит вертикально вниз в отличие от обычного сливного устройства, которое выпускает жидкость горизонтально на лоток в виде движущегося жидкого тела, минуя вертикальный промежуток, ограниченный нижним краем сливного устройства. Поднятые днища с отверстиями укороченного сливного устройства предназначены для физического отделения сливного устройства от настила лотка, чтобы можно было выполнить отверстия в зоне настила под сливным устройством для протекания пара, увеличивая эффективную зону барботирования на лотке. Поднятое дно с отверстиями также обеспечивает расположение выпуска из сливного устройства отдельно от влияния гидростатического напора и турбулентности пенистой смеси на расположенном внизу лотке. Однако укороченное сливное устройство имеет некоторые присущие ему ограничения. Конструкция требует наличия динамического уплотнения, при котором падение давления жидкости, выходящей из отверстий дна, препятствует прохождению пара вверх, к сливному устройству от лотка, расположенного внизу, неблагоприятно влияя на работу лотка. В укороченном сливном устройстве, по определению, укорочена длина по вертикали. Для некоторых газожидкостных смесей укороченная конструкция может не обеспечить достаточную длину сливного устройства, так что жидкость в сливном устройстве возвращается вверх, на лоток, ограничивая производительность лотка. Отверстия в дне в укороченных сливных устройствах могут засоряться некоторыми материалами в системах, где в рабочих жидкостях присутствуют твердые вещества. Также выпуск вниз жидкости из дна с отверстиями создает тенденцию к тому, что жидкость выпускается неравномерно на настил расположенного внизу лотка.
Когда место, куда попадает часть потока жидкости, текущего вниз из укороченного сливного устройства, находится близко от препятствия, такого как внутренняя стенка сосуда, капиллярная волна жидкости, исходящая в радиальном направлении из точки удара жидкости в месте, куда она попадает, будет ударять о стенку сосуда и отражаться от нее. Благодаря вогнутости стенки цилиндрического сосуда некоторая часть жидкости отраженной капиллярной волны будет направляться к центральной оси потока лотка, создавая фокусирующий эффект, в результате чего возникает более высокая скорость потока около центральной оси лотка, чем по бокам. Этот эффект создает пик жидкости у центральной оси потока и вызывает тенденции к турбулентности рециркулирующей жидкости по сторонам центрального потока. Обе этих возможности ведут к уменьшению эффективности передачи массы с лотка и уменьшению эффективной производительности лотка. Ранее, чтобы смягчить этот эффект, использовались специальные схемы расположения отверстий в дне лотка, направленные выпускные отверстия для пара на лотках и другие средства.
В патенте США №6003847 описан известный вариант сливного устройства с сильно наклоненной полуконической стенкой, с выпускным отверстием, образованным нижним краем полуконической стенки и внутренней поверхностью стенки колонны, для регулирования выпуска жидкости, проходящей между этим нижним краем и стенкой колонны и направляющейся затем вниз, к расположенному ниже лотку. Выпускное отверстие, ограниченное нижним краем полуконической стенки и стенкой колонны, имеет центральную часть и внешние выпускные части, которые имеют большие размеры по сравнению с центральной частью. Это устройство описывается как устройство, обеспечивающее больший поток жидкости через противоположные крайние части, чем через центральную часть выпускного отверстия сливного устройства, а также указывается, что его можно рассматривать как устройство, обеспечивающее более равномерный поток через лоток. В связи с указанным выше выпускным отверстием, в патенте США №6003847 описано использование впускного порога, проходящего по нескольким хордам и смещенного горизонтально внутрь на лотке, принимающем жидкость из регулирующего поток полуконического выпускного отверстия, расположенного сверху, для регулирования потока жидкости, выходящей на настил лотка. В этом устройстве объемный поток пропорционален длине щели или впускного порога. Вогнутый порог, по определению, выпускает непропорциональное количество жидкости к центру траектории потока, а также направляет жидкость к фокальной точке, расположенной на центральной линии траектории потока, создавая неравномерное распределение жидкости на настиле лотка. Ранее в устройствах этого типа использовались направленные отверстия для пара, выполненные в настиле лотка и предназначенные для перераспределения жидкости. Однако эти устройства только ограничивали эффективность в ограниченном диапазоне работы оборудования.
Также в известном уровне техники наклонные или небольшие по конструкции лотки сливных устройств при больших диаметрах часто могут не обладать достаточной механической прочностью и требуют отдельных раскосов или балок, которые будут задерживать поток газожидкостной смеси на лотке и ограничивать производительность.
СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
В данном изобретении предлагается сливное устройство, которое предназначено максимизировать активную зону барботирования и сохранить максимально возможную длину сливного устройства, необходимую для разделения парожидкостной смеси в этом устройстве, а также создавать равномерное распределение потока жидкости у впускного края активной зоны барботирования. Предложенное сливное устройство также предназначено для усиления несущей конструкции лотка и сливного устройства.
Благодаря более равномерному распределению потока жидкости у впускного края активной зоны барботирования, настоящее изобретение также направлено на то, чтобы избежать вышеуказанной проблемы, связанной с неравномерностью потока жидкости из-за большей величины центральной части потока и тенденции к турбулентной рециркуляции по краям от центральной части потока.
Таким образом, согласно настоящему изобретению поток жидкости в зону барботирования лотка делается более равномерным по ширине этой зоны благодаря новой форме и расположению канала для жидкости, ограниченного выпускным отверстием сливного устройства, которое равномерно подает жидкость на лоток. В предпочтительном варианте выполнения, например, предложено сливное устройство, которое имеет необычную форму, обусловленную прохождением по хордам, и средства регулирования высоты вертикального столба потока жидкости, проходящей между нижним краем сливного устройства и лотком, расположенным ниже, причем такая конструкция помогает избежать проблемы неравномерности потока жидкости, возникающей из-за большей величины потока в центральной части и тенденции к возникновению рециркуляционных вихрей вдоль боковых частей центрального потока. Предложенная конструкция, таким образом, направлена на обеспечение повышенной производительности, более высокой эффективности, большего закупоривания отверстий или других более мелких многочисленных рабочего диапазона, а также на минимизацию риска засорения или протоков у выпуска из сливного устройства. Изобретение также улучшает эффективность несущей конструкции. Кроме того, путем создания легкой регулируемости составных частей, которые ограничивают выпускное отверстие нового сливного устройства, можно отрегулировать устройство при установке, чтобы приспособить его к отклонениям колонны от круглой формы и обеспечить симметричный выпуск жидкости, чтобы достигнуть оптимальной работы установки.
Предложенная механическая конструкция обеспечивает более прочную, более простую и менее громоздкую несущую конструкцию для лотка, расположенного выше. Это особенно важно для конструкций большого диаметра с умеренным расстоянием до нижнего лотка.
Настоящее изобретение также направлено на то, чтобы избежать ухудшающего работу эффекта фокусирования жидкости в сливном устройстве в направлении центральной линии траектории потока жидкости благодаря использованию ступенчатого сливного устройства с удлиненным выпускным отверстием, образованным несколькими хордами и имеющим непрерывную щель или щели, направляющие поток жидкости параллельно центральной оси потока в лотке, с максимально эффективной длиной выпуска, проходящего по хордам.
Это изобретение основано отчасти на понимании того, что существуют определенные недостатки в распределении жидкости в верхней части течения зон барботирования в лотках в устройстве, описанном в существующем уровне техники, в частности, благодаря конфигурациям и размещению отверстий в днищах укороченных сливных устройств, в конфигурации непрерывных дугообразных щелей и порогов и в устройстве и других конструктивных особенностях известных сливных устройств. Конфигурация настоящего изобретения включает ступенчатое сливное устройство, которое обеспечивает боковой выпуск жидкости из этого устройства с максимальной длиной пространства для выпуска жидкости, проходящего по хорде, который может быть выполнен с обеспечением правильного распределения потока жидкости равномерно по зоне барботирования лотка. Конфигурация настоящего изобретения, кроме того, обеспечивает максимальную потенциальную зону барботирования при распределении жидкости равномерно по зоне барботирования в направлении, параллельном центральной оси потока, чтобы создать сопротивление обратному течению. Предложенная конструкция также такова, что сливное устройство содержит открытые зоны в радиально внешней области ступени и у противоположных концов горизонтальной части ступени сливного устройства, что дает возможность для дополнительного потока жидкости вниз на концах области поперечного сечения сливного устройства. В предпочтительном варианте эти отверстия проходят до стенки колонны; поэтому ненадежные горизонтальные крепления сливного устройства к стенке колонны, используемые в известных ступенчатых сливных устройствах, не требуются, что уменьшает сложность проектирования и монтажа.
Кроме того, конструкция предложенного сливного устройства включает ступенчатую часть, заменяющую нижнюю часть вертикального сливного устройства, проходящего по хорде. Ступенчатая часть предложенного сливного устройства предпочтительно включает стеновую конструкцию ступени, имеющую основную вертикальную составляющую и проходящую вниз (т.е. непосредственно вертикально вниз или с наклоном по отношению к вертикальной плоскости) от внешней периферии в целом горизонтальной панели ступени сливного устройства. В предпочтительном варианте стенка ступени сливного устройства содержит множество стеновых панелей, которые предпочтительно выполнены за одно целое или соединены вместе болтами, и, объединенные с вертикальной панелью, проходящей по хорде над платформой ступени, ограничивают радиально внутреннюю область стенки в сливном устройстве, в которой нет отверстий. Противоположные концевые панели многопанельной стенки ступени ниже называются оконечными элементами. Оконечные элементы ограничивают концевые части отверстий ступени сливного устройства, которые являются радиально внешними, так что панели препятствуют прохождению пара в сливное устройство. Оконечные элементы расположены с обеспечением перенаправления дополнительной жидкости в сливном устройстве по направлению к концам его выпуска. Для многих применений настоящего изобретения оконечные элементы выполнены вертикальными. При высоком давлении или в других случаях, требующих большей разницы в площадях поперечного сечения сливного устройства наверху и внизу, оконечные элементы могут быть наклонены радиально вниз в наружном направлении, чтобы уменьшить ограничиваемую площадь в нижней части сливного устройства. Для некоторых вариантов, особенно для колонн большого диаметра, полезно наличие проходящих по хорде выступов, которые отходят от соответствующих концевых областей вертикальных краев оконечных элементов (противоположных концевой области вертикального края оконечных элементов, к которой прикреплена центральная проходящая по хорде стеновая панель) по направлению к стенке колонны с упором в нее с образованием опоры.
Дополнительная предпочтительная особенность настоящего изобретения состоит в том, что у порога вертикальная верхняя крепежная панель сливного устройства поддерживает расположенные внизу по потоку концы панели настила лотка. Также для небольших колонн оконечные элементы и центральная проходящая по хорде стеновая панель ступени могут быть объединены в цельную конструкцию и не требуют отдельной системы прижимных брусьев для крепления к колонне. То есть всю систему стеновых панелей ступени поддерживает не отдельная система прижимных брусьев, а верхняя проходящая по хорде панель сливного устройства, которая образует главную вертикальную опорную ферму.
Для больших колонн с небольшими промежутками между лотками, для поддержания крепежных панелей с настила на лотке, расположенном ниже, могут быть добавлены вертикальные опорные элементы, такие как вертикальные элементы с каналами, предпочтительно ориентированные параллельно центральной оси потока, или оконечные выступы, проходящие вниз до находящегося ниже лотка.
Нижний край оконечных элементов, центральная проходящая по хорде стеновая панель ступени и выступы, отходящие от внутренней части оконечных элементов и предпочтительно находящиеся во взаимодействии с соответствующими опорами стенки колонны, обеспечивают средства регулирования вертикального потока жидкости по высоте колонны по отношению к нижележащему лотку. Промежуток между нижним краем каждой из этих составных частей ступенчатого сливного устройства может также регулироваться согласно или относительно друг друга, чтобы достигнуть требуемого промежутка между нижними краями панелей сливного устройства и лотком, лежащим ниже. Соотношения между площадями горизонтальных поперечных сечений выпускных областей, создаваемых в центре и на краях у нижней части сливного устройства, могут быть независимо отрегулированы, чтобы обеспечить оптимальное распределение потока жидкости, так как такие модификации изменяют положение нижнего края одного или нескольких вышеуказанных нижних краев и, следовательно, положение места, где расположен край сливного устройства, регулирующий вертикальный поток, относительно лотка, расположенного ниже. Что касается укороченных сливных устройств, где регулируется горизонтальное поперечное сечение отверстия, а не вертикальное проточное пространство, то при испытаниях таких устройств было обнаружено, что полезно иметь большие зоны по краям у нижней части сливного устройства. В этом отношении можно сослаться на находящуюся одновременно на рассмотрении заявку США №09/413885, поданную 7 октября 1999 года, в которой описана платформа настила, обеспечивающая требуемый поток в сливном устройстве с помощью свойств, относящихся к способности регулирования жидкости. Периферийное расположение и конфигурация платформы ступени могут быть такими, что либо при использовании одних только вертикальных стеновых панелей, или в сочетании с наклонными оконечными элементами, например, может быть получен требуемый вертикальный проточный канал для жидкости и устройство регулирования жидкости. Чтобы еще больше увеличить способность регулирования жидкости в сливном устройстве, могут использоваться другие особенности регулирования жидкости, подобные прямой стреловидности порогов в верхней части сливных устройств с сегментной стенкой.
Согласно одной главной особенности настоящего изобретения парожидкостное контактное устройство содержит сосуд и разнесенные в вертикальном направлении горизонтальные лотки в этом сосуде, предназначенные для поддержания парожидкостной смеси. Каждый лоток имеет зону барботирования, зону подачи жидкости, расположенную в верхнем по потоку конце зоны барботирования, и выпускное отверстие, расположенное в нижнем по потоку конце зоны барботирования. Зона барботирования имеет центральную ось потока, которая проходит от зоны подачи жидкости к выходному отверстию, и отверстия, которые обеспечивают протекание поднимающихся вверх паров через лоток в парожидкостную смесь на лотке. Предложено сливное устройство для приема парожидкостной смеси с выхода лотка, расположенного выше, и для переноса жидкости к лотку, расположенному ниже, и ее равномерного распределения по этому лотку. Сливное устройство имеет верхнюю часть, поперечное сечение которой окружено внутренним краем и вогнутым внешним краем. Эти края перпендикулярны центральной оси потока (например, перпендикулярной предпочтительно прямолинейному внутреннему краю и перпендикулярной касательной вогнутого внутреннего края у центральной оси потока). Поперечное сечение сливного устройства имеет центральную линию, которая совпадает с центральной осью потока в зоне барботирования. В вышеуказанном поперечном сечении и на среднем уровне высоты сливного устройства по вертикали расположена ступень, предназначенная для уменьшения размера площади поперечного сечения сливного устройства, смежного с зоной барботирования.
От внешней периферии промежуточной ступени вниз проходит стенка ступени, выступающая от радиально внешнего периферического края ступени и повторяющая его по форме (по меньшей мере, в общих чертах). Стенка ступени сливного устройства ограничивает площадь поперечного сечения нижней части сливного устройства. Противоположные концы стенки ступени называются оконечными элементами. Нижний или донный край стенки ступени предпочтительно имеет поперечное сечение с конфигурацией, форма которой является одинаковой с формой верхней области, расположенной или в том же радиальном положении (например, вертикальные оконечные элементы, ограничивающие одинаковое пространство между верхней и нижней областями частей оконечных элементов, по отношению к радиально внешне расположенному вогнутому внешнему краю сливного устройства), или с наклоном, при котором площадь горизонтального поперечного сечения нижней части сливного устройства уменьшается от уровня ступени в нижнем направлении. Например, наклоненные в наружном направлении оконечные элементы (предпочтительно в целом повторяющие по форме часть верхнего края, за исключением наклона), выполнены так, что они наклонены радиально в наружном направлении на своем вертикальном протяжении к нижнему краю оконечных областей. Таким образом, площадь поперечного сечения канала, идущего от промежуточной ступени вниз, к нижнему краю сливного устройства, уменьшается.
С точки зрения горизонтального поперечного сечения выпускное отверстие сливного устройства состоит из удлиненной выпускной щели, или ряда щелевых частей, причем ширина перпендикулярна нижнему краю нижних стеновых панелей ступени сливного устройства, а длина параллельна этому краю. Ширина щели на центральной линии горизонтального поперечного сечения на уровне выпускного отверстия предпочтительно не больше, чем ширина щели в местах, которые удалены от центральной линии.
Кроме того, путем обеспечения желательной начальной длины по хорде для центральной панели и нужного угла в оконечных элементах (на их протяжении от центральной панели, проходящей по хорде, в наружном направлении до контакта с выступами, проходящими до упора в колонну с образованием опоры) относительная ширина выступов (предпочтительно выступов, проходящих по хорде параллельно центральной панели стенки ступени) может быть установлена, чтобы достигнуть высокого качества контакта пара с жидкостью по всему лотку. Кроме нижнего конца центральной проходящей по хорде панели, проходящего перпендикулярно к центральной оси потока, два выступа, проходящие от оконечных элементов, также представляют нижние края, которые перпендикулярны центральной оси потока и длина которых может быть задана так, чтобы получить преимущество относительно большого объема жидкости, идущей к противоположным сторонам платформы ступени и к нижней части оконечных элементов. Это позволяет достигнуть требуемого большого объема потока в направлении, параллельном центральной оси потока, с тем чтобы избежать проблемы получения неравномерного потока жидкости из-за большей величины центральной части потока и тенденций к вихревой рециркуляции по бокам от центрального потока. Относительный процент длины выходного края сливного устройства, проходящего перпендикулярно центральной оси потока, и того, который образует оконечные элементы и расположен наклонно к оси потока (и который определяет или определяет в общих чертах конфигурацию платформы ступени), может быть легко установлен в соответствии с настоящим изобретением, чтобы наилучшим образом удовлетворить предполагаемому использованию сливного устройства. Наличие большого процента нижнего выходного края сливного устройства, проходящего перпендикулярно центральной оси потока, также увеличивает универсальность типов клапанов в отверстиях для пара, которые могут использоваться в лотках. Например, в этих областях могут использоваться клапаны, имеющие клапаны с боковыми выпускными отверстиями для газа и закрытыми концами вверху и внизу по потоку, при этом нет необходимости в решении задачи введения жидкости в боковые выпускные отверстия.
Согласно другой основной особенности изобретения парожидкостное контактное устройство содержит сосуд и расположенные в сосуде разнесенные по вертикали горизонтальные лотки, предназначенные для поддержки парожидкостной смеси. Каждый лоток имеет зону барботирования, зону подачи жидкости, расположенную в находящемся вверху по потоку конце зоны барботирования, и выходное отверстие, расположенное в находящемся внизу по потоку конце зоны барботирования. Зона барботирования имеет центральную ось потока, которая проходит от зоны подачи жидкости к выходному отверстию, и отверстия, которые позволяют поднимающимся парам течь вверх через лоток в парожидкостную смесь на лотке. Предложено сливное устройство для приема парожидкостной смеси с лотка и для переноса жидкости к другому лотку. Сливное устройство имеет верхнюю часть, расположенную у выходного отверстия лотка. Эта верхняя часть ограничивает верхнее отверстие сливного устройства по отношению к горизонтальному поперечному сечению, которое предпочтительно имеет прямолинейную внутреннюю границу и предпочтительно вогнутую в радиальном направлении внешнюю границу. Сливное устройство имеет также расположенную на промежуточной высоте зону, которая включает промежуточную в целом горизонтальную платформу ступени, имеющую внутренний прямой край, параллельный внутреннему граничному проходящему по хорде краю верха отверстия сливного устройства и расположенный в общей вертикальной плоскости с этим краем, и внешний проходящий по хорде край, который в сочетании с внешней вогнутой границей сливного устройства ограничивает область поперечного сечения отверстия. Проходящие по хорде стороны в целом горизонтальной платформы ступени симметрично усечены и являются более короткими, чем полная длина хорды сливного устройства, создавая две концевых зоны отверстия. Вниз от платформы ступени проходят, симметрично на каждом конце, оконечные части, которые, вместе с другими стеновыми панелями (панелью), ограничивают нижнюю зону сливного устройства. Поперечное сечение сливного устройства (включая поперечное сечение верхней части устройства, промежуточной части ступени и нижней части оконечного элемента) имеет центральную линию, которая идентична центральной оси зоны барботирования. Ступенчатая часть расположена в границах вертикальной протяженности вышеуказанного поперечного сечения, чтобы уменьшить площадь поперечного сечения нижней части сливного устройства. Платформа ступени имеет симметричные внешние края, расположенные на расстоянии от внешнего граничного края поперечного сечения сливного устройства с образованием ограниченного ступенью поперечного сечения нижней части сливного устройства, ведущего к каналу в сливном устройстве, ограниченному частично частями стенки ступени сливного устройства. Конфигурация симметричных панелей стенки ступени нижней части сливного устройства на уровне платформы ступени, выше или ниже этого уровня предпочтительно в радиальном внутреннем направлении ограничена внешним краем платформы ступени (платформа ступени предпочтительно имеет центральный усеченный проходящий по хорде край и два симметричных внешних концевых края в сочетании с самой внешней границей сливного устройства). Два противоположных края расходятся в наружном направлении от противоположных концов центрального края платформы ступени и радиально внутрь к самому внутреннему краю платформы ступени, который совпадает с внутренней границей верхней части сливного устройства.
В больших лотках вертикальная проходящая по хорде стеновая панель ступени, которая ограничивает нижнюю центральную часть сливного устройства, присоединена к вогнутому внешнему краю, определяющему внешнюю границу сливного устройства, которая в больших лотках является внутренней частью колонны, для эффективной и дополнительной механической поддержки. В связи с указанными выше особенностями, предпочтительный вариант выполнения изобретения также включает многопанельную стенку, которая проходит под зоной ступени сливного устройства и которая имеет центральную панель, проходящую по хорде вертикально вниз от центрального края платформы ступени и расположенную между оконечными частями стенки ступени. В больших колоннах эта центральная панель на части стенки ступени вытянута в длину (либо в виде монолитной панели, либо в виде дополнительных выступов) и прикреплена к внешней границе сливного устройства, которая в предпочтительном варианте является внутренней частью колонны, чтобы обеспечить дополнительную механическую поддержку.
В предпочтительном варианте нижнее поперечное сечение сливного устройства имеет центральную область, ограниченную центральной проходящей по хорде панелью стенки ступени и внешней границей сливного устройства, и имеет боковые области, ограниченные оконечными элементами стенки ступени и внешней границей сливного устройства. Каждая из этих областей имеет центральную область, которая в радиальном направлении шире на плоскости платформы ступени или ниже ее, чем края выпускной области, благодаря вогнутой форме внешней граничной стенки сливного устройства. Эти три зоны объединены с образованием полного поперечного сечения нижней части сливного устройства. Полная площадь нижней зоны сливного устройства у поперечного сечения его нижней части составляет не более 70% площади поперечного сечения верхней части сливного устройства. Среднее радиальное расстояние между центральной панелью стенки ступени и внешней границей сливного устройства, предпочтительно, составляет не больше около 60% максимального поперечного расстояния между верхней внутренней стенкой сливного устройства и его внешней границей.
Выпускное отверстие сливного устройства имеет непрерывную щель или ряд щелей, образованных вертикальными пространствами между нижним краем панелей стенки ступени сливного устройства и настилом лотка, расположенного ниже, причем ширина перпендикулярна нижнему краю панелей стенки ступени, а длина параллельна их нижнему краю. В предпочтительной конфигурации выпускных щелей их расположение ограничено зоной, образованной зазором между панелями стенки ступени, перпендикулярными центральной оси потока жидкости и настилу лотка, расположенного ниже, или между экранами, направляющими поток ниже оконечных элементов и выше лотка, расположенного ниже, чтобы обеспечить выпуск всей жидкости параллельно центральной оси потока жидкости. Эти экраны могут быть расположены и выровнены в одну линию с фермами на лотке, расположенном ниже, чтобы в больших сосудах также обеспечить дополнительную поддержку сливного устройства.
Предпочтительное выпускное щелевое отверстие сливного устройства имеет длину по хорде, измеренную от крайних противоположных концов нижней составной стенки, которая составляет, по меньшей мере, 60% диаметра колонны. Щелевое выпускное отверстие сливного устройства предпочтительно проходит вдоль, по меньшей мере, 40% полной длины ступенчатой стенки сливного устройства вдоль нескольких хорд.
В предпочтительном варианте выполнения изобретения используется лоток, снабженный стратегически расположенными направленными струйными соплами или нажимными клапанами, которые расположены и ориентированы в активной зоне барботирования с обеспечением использования импульса потока пара из активной зоны барботирования для ускорения движения жидкости из зоны подачи жидкости, когда необходимо обеспечить равномерный поток жидкости по ширине зоны барботирования и поперек нее. Каждое из этих направленных отверстий включает отверстие, выполненное в лотке, и отражатель для направления паров, поднимающихся через отверстие в направлении от зоны подачи жидкости. Плотность промежутков между направленными отверстиями меньше в зонах около центральной оси потока, чем в зонах, удаленных в поперечном направлении от центральной оси потока. В предпочтительном варианте выполнения изобретения стационарные отражатели расположены над каждым из отверстий лотка в зоне барботирования. У этих отражателей верхние и нижние по потоку концы прикреплены к лотку так, что пары, поднимающиеся через отверстия лотка, вводятся в жидкость в зоне барботирования в поперечном направлении.
Предпочтительно в непосредственной зоне подачи жидкости, по существу, нет отверстий для предотвращения воздействия поднимающихся паров на поток в предыдущем сливном устройстве лотка, находящемся выше, и для предотвращения протекания жидкости в предшествующем сливном устройстве через зону подачи жидкости. Так как предлагаемая конфигурация сливного устройства обеспечивает более эффективное распределение жидкости в активной зоне барботирования, чем в известном уровне техники, она может использоваться с лотками с решетчатыми настилами с простыми перфорированными активными зонами барботирования.
Проходящая по хорде внутренняя стенка сливного устройства предпочтительно имеет проходящие по хордам выступы, входящие в непосредственный контакт с вертикальными брусьями, приваренными к внутренней стенке колонны, и скрепленные с ними на каждом конце. Вертикальная часть этой внутренней стенки над платформой ступени имеет форму швеллера и главным образом поддерживает сливное устройство и выпускной конец панелей лотка. Внутренняя стенка сливного устройства также включает вертикальные, промежуточные части стенки, которые представляют собой выступы, проходящие внутрь от места контакта с колонной на противоположных расположенных на хорде концах с переходом во внешний вертикальный боковой край оконечных элементов. Радиально внешние оконечные панели прикреплены к центральной вертикальной проходящей по хорде панели стенки ступени, которая, как отмечено выше, предпочтительно на каждом конце прикреплена к вертикальным брусьям, приваренным к внутренней стенке колонны. В частности, в колоннах или сосудах больших размеров имеются, кроме того, выступы в виде крыла или проходящие по хорде (например, оконечности центральной вертикальной проходящей по хорде панели ступени, выполненные с этой панелью за одно целое и расположенные вне оконечных панелей), которые проходят до упора в стенку колонны с образованием опоры. Выступы в виде крыльев имеют отверстия для выравнивания уровня жидкости. От стенки ступени с образованием платформы ступени проходит внутрь по меньшей мере одна горизонтальная панель, поддерживаемая проходящей по хорде внутренней стенкой сливного устройства и/или вертикальными панелями стенки ступени. Каждое сливное устройство на одной стороне колонны также предпочтительно расположено подобным образом (например, вертикальные оконечные элементы проходят вдоль общей вертикальной плоскости, хотя возможность различного расположения оконечных элементов является очень полезной конструктивной особенностью настоящего изобретения, которая позволяет получать различные соотношения размеров сливного устройства для регулирования скоростей потоков жидкости и пара и физических свойств вдоль вертикальной длины колонны).
В одном из вариантов выполнения изобретения внешняя периферия ступени сливного устройства ограничена несколькими линейными частями, причем три линейные части являются наиболее предпочтительными.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
Фиг.1 изображает схематический вид в аксонометрии парожидкостного контактного устройства с предлагаемым ступенчатым сливным устройством.
Фиг.2 изображает схематический разрез указанного контактного устройства вертикальной плоскостью, проходящей через центральную ось потока на лотке.
Фиг.3А изображает схематический разрез устройства, если смотреть сверху, по линии 3-3 на фиг.2 (показаны только несколько отверстий для газа, ради удобства изображения).
Фиг.3В изображает увеличенный вид ступенчатого аркообразного сливного устройства, показанного на фиг.1, для большей ясности без выступов в виде крыльев применительно к схематической картине потоков, показанной на этом чертеже.
Фиг.4А изображает трехмерный вид в аксонометрии предпочтительного варианта выполнения предлагаемого ступенчатого сливного устройства с прикрепленными к колонне опорными брусьями.
Фиг.4В изображает трехмерный вид ступенчатого сливного устройства, показанного на фиг.4А.
Фиг.5 изображает схематический вид в аксонометрии парожидкостного контактного устройства, подобного изображенному на фиг.1, но с другим вариантом ступенчатого сливного устройства (в котором выступы в виде крыльев дополнительно не опираются на колонну), с дополнительной схематической картиной потока жидкости через устройство.
Фиг.6 изображает вид, подобный фиг.2, но с добавлением схематической картины потока жидкости и газа через устройство.
Фиг.7 изображает другой вариант выполнения сливного устройства и лоткового узла предлагаемого парожидкостного контактного устройства, в котором отсутствуют опоры в виде крыльевых выступов.
Фиг.8А изображает схематический вид в аксонометрии парожидкостного контактного устройства, подобного изображенному на фиг.1, но с другим вариантом опоры ступенчатого сливного устройства, имеющим опоры в виде выступов на оконечных элементах.
Фиг.8В изображает увеличенный вид в аксонометрии ступенчатого сливного устройства, показанного на фиг.3А, с опорами в виде выступа на оконечных элементах.
Фиг.8С изображает вид спереди устройства, показанного на фиг.8В, с некоторыми иллюстрациями возможной регулировки потока, включая дополнительные проточные средства на выступах оконечных элементов, а также иллюстрациями некоторых возможностей регулировки вертикального столба потока.
Фиг.8D изображает вид спереди другого варианта выполнения предлагаемого ступенчатого сливного устройства с дополнительным опорным выступом для лотка.
Фиг.8Е изображает вид сбоку устройства, показанного на фиг.8D.
Фиг.9 изображает еще один вариант выполнения настоящего изобретения, в котором оконечные элементы расположены наклонно и проходят в наружном направлении.
Фиг.10 изображает разрез устройства, показанного на фиг.9, по линии IX-IX на фиг.9.
Фиг.11 изображает разрез еще одного варианта выполнения ступенчатого сливного устройства, имеющего платформу и панели ступени, как показано на фиг.7, но в котором внешняя вогнутая стенка сливного устройства независима от вогнутой стенки колонны (устройства в виде оболочки).
Фиг.12 изображает вид сверху части лотка с клапанами в отверстиях для пара и соплами.
Фиг.13 изображает вид в аксонометрии сопла, которое используется в варианте выполнения, показанном на фиг.12.
Фиг.14 изображает сечение сопла, которое используется в варианте выполнения, показанном на фиг.12.
Фиг.15 изображает вид в аксонометрии отверстия для пара и отражателя, используемых в варианте выполнения, показанном на фиг.12.
Фиг.16 изображает вид в аксонометрии альтернативного варианта выполнения отверстия для пара и отражателя, подходящего для использования в настоящем изобретении.
Фиг.17 изображает еще один вариант отверстия для пара в решетчатом лотке.
ОПИСАНИЕ ПРЕДПОЧТИТЕЛЬНЫХ ВАРИАНТОВ ВЫПОЛНЕНИЯ
Фиг.1-4В показывают первый вариант выполнения парожидкостного контактного устройства со ступенчатым сливным устройством. Как в частности показано на фиг.1 и 2, парожидкостное контактное устройство 1 содержит сосуд 2, включающий множество разнесенных в вертикальном направлении горизонтальных контактных лотков 4 для поддержания парожидкостной смеси. Жидкость, вводимая в самый верхний лоток в сосуде по питающей линии 6 (фиг.2), течет в горизонтальном направлении через лотки 4, (и) вертикально (и горизонтально снова через ступень, как описано ниже) через ступенчатое сливное устройство 8, и затем горизонтально вдоль впускной части лотка и ниже вертикального отверстия, находящегося между нижним краем сливного устройства и лотком, расположенным ниже. Это повторяется до тех пор, пока жидкость не выпускается из сосуда по линии 10 для выпуска жидкости. Центральная ось потока парожидкостной смеси через лоток обозначена номером 11 позиции на фиг.3А. Как показано на фиг.2 и 6, например, воздух или другой газ, используемый в процессе, вводится в сосуд по линии 12 подачи и движется вверх через отверстия 13 в лотках 4, где он смешивается с жидкостью, находящейся на лотках, с образованием парожидкостной смеси, и покидает сосуд через линию 14 для выпуска газа.
Каждый лоток 4 имеет активную зону 15 барботирования, непосредственную зону 16 подачи, расположенную в верхнем по потоку конце зоны барботирования, и предпочтительно порог 18, который ведет к верхней области 20 выходного отверстия, ограниченной верхней частью сливного устройства 8, в расположенном внизу по потоку конце зоны барботирования. Отверстия 13 в зоне барботирования позволяют поднимающимся парам течь вверх через лоток в парожидкостную смесь, расположенную на лотке. Предпочтительно в непосредственной зоне 16 подачи в лотке по существу нет отверстий, так что пары, поднимающиеся из отверстий, не воздействуют на входящий из лежащего выше сливного устройства поток, и жидкость из этого сливного устройства не будет просачиваться через зону подачи. В дополнение к улучшению структуры потока через лоток настоящее изобретение также направлено на создание увеличенной области отверстий в лотке путем уменьшения количества зон лотка, в которых нет отверстий, и на улучшение потока газа в зоне отверстий, проходящей до области без отверстий. Каждый лоток может быть образован из многочисленных связанных друг с другом панелей или выполнен в виде монолитного листа, в зависимости, главным образом, от диаметра колонны.
На фиг.1, 3А, 4А и 4В ступенчатое сливное устройство 8 имеет, в представленном варианте, комбинированное приспособление 18 из верхней панели и порога, проходящее (в этом примере - в вертикальной плоскости) вверх в расположенном внизу по потоку конце 22 активной зоны 15 барботирования (см. фиг.2). Приспособление 18 представлено на фиг.4А и 4В в виде верхней прямоугольной пластины 24, концы 26 и 28 которой прикреплены соответственно к опорным брусьям 30 и 32. Пластина 24 является главным опорным элементом для ступенчатого сливного устройства 8 и расположенного внизу по потоку в активной зоне барботирования конца панелей, образующих лоток 4. В предпочтительном варианте выполнения опорные брусья 30 и 32 являются удлиненными вертикальными опорными пластинами, вертикальная длина которых больше вертикальной длины пластины 24. Внешние края 34 и 36 брусьев 30 и 32 прикреплены к внутренней поверхности колонны, например, непосредственно сваркой. В альтернативном случае опорные панели 30 и 32 могут быть через промежуточные элементы присоединены к радиальной внешней граничной стенке сливного устройства оболочкового типа (см., например, фиг.11), не опираясь на стенку колонны, как на ее внешнюю стенку, или образовать промежуточную концевую противоположную опору для вогнутой внешней стенки сливного устройства оболочкового типа.
Фиг.4А и 4В изображают предпочтительный вариант выполнения предлагаемого ступенчатого сливного устройства, представляющего собой узел из множества компонентов, каждый из которых имеет легко регулируемые размеры, хорошо подходящие для быстрой сборки. Как показано на фиг.4А и 4В, платформа 40 ступени, которая в предпочтительном варианте является, по существу, горизонтальной (+/-15° от идеальной горизонтальной плоскости с отклонением 0°) и более предпочтительно горизонтальной (+/-3°), проходит радиально в наружном направлении от нижнего края комбинированного приспособления 18. Платформа 40 предпочтительно имеет верхний соединительный фланец 42, который обеспечивает удобное средство ее соединения с верхней панелью сливного устройства и пороговой пластиной 24, причем последняя выполнена из материала достаточно прочного, чтобы обеспечить основную поддержку всего сливного устройства путем непосредственного соединения с колонной 2, или более предпочтительно, через промежуточное звено, такое как показанные утолщенные опорные брусья 30 и 32, присоединенные к колонне. Платформа 40 в этом варианте показана в виде имеющей радиально сходящийся профиль, так что ее радиально внешний край 44 имеет длину L2, которая меньше длины L1 радиально внутреннего края 46. Платформа 40 также предпочтительно отцентрована по отношению к опорной пластине 24, так что противоположные стороны последней имеют одинаковую длину L3. Также предпочтительно, чтобы торцевые края оконечных элементов 48 и 50 опорной платформы 40 были наклонены внутрь под одинаковым углом А1 в плоскости платформы ступени, так что внешний край 44 отцентрирован по отношению к внутреннему краю 46. Путем изменения длины L2 внешнего края 44 и/или наклона верхнего края оконечных элементов 48, 50 можно изменить длину L3, чтобы удовлетворить требованиям предполагаемого использования.
Фиг.3А также показывает соотношение между расстояниями R1, R2 и R3, причем R1 является расстоянием между центральной точкой колонны 2 (имеющей диаметр D) и внутренним краем 46 платформы 40 (в этом варианте выполнения рассматриваемым, по существу, как лежащий внизу по потоку конец 22 активной зоны 15 барботирования на лотке), R2 является расстоянием между краем 46 и радиально внешним краем 44, а расстояние R3 является расстоянием от этого края 44 до точки контакта центральной линии CL с колонной 2 (или внешней вогнутой оболочковой панелью сливного устройства).
Предпочтительно отношение L1:L2 находится в пределах от 3,5 до 1,5, более предпочтительно 2,5. Также угол А1 предпочтительно составляет от 15 до 75 градусов, и более предпочтительно, около 35 градусов. Отношения R1:D, R2:D и R3:D предпочтительно составляют соответственно от 0,1 до 0,4; от 0,25 до 0,03 и от 0,15 до 0,02. Для типичной колонны диаметром 102 см (40 дюймов) предпочтительными значениями являются: L1=76 см (30"), L2=30 см (12"), L3=8 см (3,2"), D=102 см (40"), R1=25,4 см (10"), R2=15 см (6"), R3=8 см (3,2").
Как показано на фиг.2, через выходное отверстие 52 лотка в сливное устройство 8 поступает парожидкостная смесь, которая течет через порог 18. Эта двухфазная смесь в турбулентном состоянии поступает в верхнюю приемную зону 54 сливного устройства 8, ограниченную в нижней части верхней вертикальной панели 24 сливного устройства платформой 40, и, как показано на изображении предпочтительного варианта на фиг.2, внутренней поверхностью колонны 2. Между радиально внешним краем платформы 40 и, в предпочтительном варианте, внутренней поверхностью колонны имеются отверстия O1, O2 и О3 ступени (фиг.3). Эти отверстия ведут к нижней приемной области 56, ограниченной стеновыми панелями 51, 53 и 55 ступени, нижними фланцевыми выступами 86 и 88 (см. фиг.3В и 4А) и, что снова относится к иллюстрируемому варианту, внутренней поверхностью колонны. За время нахождения смеси в сливном устройстве 8 пары выходят из жидкости. Вышедшие пары поднимаются, а жидкость выпускается из выпускного отверстия в нижнем конце сливного устройства, как описано ниже. Сливное устройство, таким образом, имеет верхнюю приемную зону 54 и нижнюю зону 56, разделенные по вертикали платформой 40 (см. фиг.2). Верхняя часть 54 имеет поперечное сечение 58, хорошо показанное на фиг.3А, которое находится над плоскостью настила платформы ступени. Таким образом, поперечное сечение 58 сливного устройства ограничено прямым внутренним краем, проходящим между точками А и В и совпадающим с порогом 18 (в данном варианте), и вогнутым внешним краем 60, который в данном случае является внутренней поверхностью колонны. Прямой внутренний край, проходящий между точками А и В, и касательная к вогнутой части 60 являются перпендикулярными в их центре к центральной оси 11 потока. Кроме того, вогнутая часть 60 и внутренний край, проходящий между точками А и В, пересекаются и оканчиваются в этих точках А и В, ограничивая полное поперечное сечение 58 сливного устройства, которое соответствует открытой верхней части сливного устройства. Центральная линия CL поперечного сечения 58 сливного устройства совпадает с центральной осью 11 потока, и "длина" этого поперечного сечения 58 измеряется вдоль перпендикуляра к центральной линии CL.
Платформа 40 ступенчатого сливного устройства 8 расположена в поперечном сечении 58 сливного устройства и предназначена для воздействия на распределение и выпуск жидкости, проходящей через сливное устройство равномерно к впускной стороне активной зоны барботирования лотка, для облегчения выделения паров из смеси и исключения плохих характеристик течения. Платформа 40, таким образом, занимает зону, представленную прямой линией, проходящей между конечными точками С и D (и направляющейся между точками А и В), и, в предпочтительном варианте, компоновкой трех проходящих по хорде линий, представляющей собой линии, которые оканчиваются и пересекаются в точках С и D, соответственно. Выпускные отверстия O1, O2 и О3, а также по меньшей мере верхняя область нижней приемной зоны 56 сливного устройства 8 имеют поперечное сечение 62 (показанное также на фиг.3А), сделанное в плоскости настила платформы 40 или ниже нее (Р2 на фиг.2) и ограниченное снаружи внешним краем 60 (внутренняя поверхность стенки колонны в этом варианте) и внутри - выступом, образованным проходящей по трем хордам линией, ограниченным радиально внешним краем платформы 40 и оканчивающимся в точках С и D.
На фиг.2 можно видеть верхнюю плоскость Р1, представляющую уровень по высоте поверхности потока жидкости в лотке 4 (подаваемой в сливное устройство), промежуточную плоскость Р2, представляющую уровень по высоте платформы 40, и плоскость Р3, представляющую самый нижний край сливного устройства 8 по отношению к лежащему ниже лотку на уровне Р1'. Расстояние между верхним и следующим, нижним лотками 4 обозначено как H1, расстояние между плоскостями Р1 и Р2 поперечных сечений обозначено как Н2, расстояние между Р1 и Р2 обозначено как Н3, а расстояние между Р3 и лежащей ниже Р1' обозначено как Н4. В предпочтительном варианте платформа 40 занимает промежуточное положение вдоль сливного устройства, причем это положение для многих применимых вариантов изобретения находится в плоскости Р2, которая расположена ниже плоскости Р1 на 30-70% от расстояния Н1 между лотками, более предпочтительно на 40-60%, и даже более предпочтительно, расположено ниже плоскости Р1 на расстоянии, составляющем 50% расстояния Н1. Для многих применимых вариантов изобретения нижний край сливного устройства 8 на плоскости Р3 предпочтительно находится на 4-16% от высоты Н1 над плоскостью Р1', более предпочтительно, от 6 до 12%, и даже более предпочтительно, это расстояние составляет 8% от высоты Н1. Части (или их выступы) нижнего края сливного устройства могут выступать до настила лотка в плоскости Р1' для конструктивной поддержки и соответствующего распределения жидкости в активной зоне барботирования.
В качестве характерных примеров приведем следующее: расстояние Н1 между лотками 4 составляет от 30 до 91 см (от 12 до 36 дюймов), так что предпочтительный диапазон для Н2 составляет 9,1-64 см (3,6-25 дюймов), предпочтительный диапазон для НЗ составляет 29-89 см (11,5-35 дюймов). Соответственно, предпочтительный диапазон расстояний Н4 для расстояния от плоскости Р1' до нижнего края сливного устройства 8 составляет от 1,3 до 15 см (0,5 до 6 дюймов). Один характерный (но не ограничивающий) набор расстояний для варианта выполнения, подобного показанному на фиг.1 и 4, таков: Н1=61 см (24 дюйма); Н2=30 см (12 дюймов); Н3=25,4 см (10 дюймов) и Н4=5 см (2 дюйма).
Предпочтительно ступенчатое сливное устройство выполнено так, что взаимным расположением его нижнего края и лотка, находящегося ниже, регулируется соотношение между потоком в сливном устройстве вдоль лотка и потоком вниз через нижнюю зону 56 сливного устройства. Отверстия O1, O2 и О3 в нижней зоне 56 способствуют введению соразмерных, желательных объемов жидкости к нижнему краю сливного устройства, чтобы помочь в регулировании пропуска жидкости. Также, в предпочтительном варианте выполнения платформа 40 имеет обычно горизонтальную поверхность, имеющую, например, угол не более 30° выше или ниже 0° от горизонтали, лоток более предпочтительно является по существу горизонтальным, не более 15° выше или ниже горизонтали, и наиболее предпочтительно для большинства условий, таким, который по существу совпадает с горизонталью, так, чтобы его можно было (привычно) называть "горизонтальным" (+/-3° к горизонтали). Создание ступени на промежуточном уровне и в горизонтальном положении облегчает получение требуемого потока жидкости в прямом радиальном наружном направлении, а также к противоположным концам (т.е. к зонам отверстий O1, O2, О3 платформы), при этом содержащийся в жидкости пар выходит к лотку, находящемуся выше. Для любого лотка или платформы ступени, которые не выставлены специально горизонтально под углом 0°, значения Н1, Н2, Н3 и Н4 могут рассматриваться, как взятые от середины любого вектора, проведенного к этой поверхности. Как показано на фиг.3А, образовано три отдельных части O1, O2 и O3 отверстия ступени, в зоне отверстия между выступом, образованным проходящей по нескольким хордам линией между точками С и D (представляющими внешние края платформы 40), и соответствующими частями внешнего края 60. Внутренние границы между отверстиями O1, O2 и O3, кроме того, образованы короткими опорными пластинами 64 и 66 (фиг.3А и 4А), если они используются (или фиг.7, где в том же месте показаны штриховые линии "DL", когда пластины 64 и 66 не используются). Внешние границы отверстий O1 и О3 также образованы выступами 86 и 88 (а также опорными брусьями 32, когда они есть). Эти отверстия в комбинации, таким образом, определяют полную открытую ступенчатую область или область 62 нижнего поперечного сечения для сливного устройства 8 и в предпочтительном варианте выполнения определяют открытую область, которая составляет 20-80% от площади поперечного сечения верхней открытой области 58, и более предпочтительно - 50% области 58.
Предпочтительно площадь нижней выпускной области 62 не больше 80% площади поперечного сечения верхней области, поперечная длина между точками С-D по меньшей мере составляет 50% длины А-В поперечного сечения сливного устройства, а средняя ширина выпускного отверстия ступени сливного устройства составляет не более 60% от длины вдоль центральной линии CL поперечного сечения 58 верхней области. Оба конца выпускного отверстия, ограничивающего отверстия O1, O2 и О3, отстоят от центральной линии сливного устройства на расстояние, которое по меньшей мере составляет 10% радиальной ширины поперечного сечения сливного устройства (R2+R3).
Как показано на фиг.1 и 4А, стабильная поддержка, обеспечиваемая опорными элементами 30 и 32, создает обладающую преимуществами опорную платформу для вертикальной панели 24 лотка 4 сливного устройства.
Фиг.1, 4А и 4В также показывают верхний край противоположных торцевых оконечных элементов 51 и 53, совпадающий с краями 48 и 50 платформы, в то время как верхний край центральной стеновой панели 55, проходящей по хорде, совпадает с внешним краем 44 платформы 40. Панели 51, 53 и 55 стенки ступени включают нижние края 70, 72 и 68, которые показаны в представленном варианте выполнения как спускающиеся вдоль общей горизонтальной плоскости, хотя объемные изменения потока могут также быть осуществлены путем изменения относительного пространства между плоскостью Р1' лотка и одним или более из нижних краев 68, 70 и 72 (см. описание ниже, а также патент США №3747905, который включен в настоящее описание посредством ссылки).
Относительная длина краев 44, 48 и 50 платформы по отношению к диаметру колонны составляет предпочтительно соответственно 0,15-0,7; 0,1-0,4 и 0,1-0,4, причем предпочтительный вариант имеет отношения длин 0,4, 0,2 и 0,2. Как показано далее на фиг.4А и 4В, от оконечных элементов 51 и 53 отходят фланцевые выступы 86 и 88, проходящие параллельно (и предпочтительно, в целом в общей плоскости и/или в виде монолитного блока, в зависимости от размеров сливного устройства) вертикальной пластине 24, за исключением нижнего положения. Кроме того, как следует из фиг.4А, фланцевые выступы 86 и 88 переходят на верхнем конце в горизонтальные, выступающие радиально внутрь ушки 90 и 92. Эти ушки предпочтительно отогнуты (например, с помощью сварки) по отношению к проходящему в радиальном внутреннем направлении фланцевому выступу, проходящему на полную длину на нижнем крае прямоугольной пластины 24 и обозначенному номером 94 позиции на фиг.4А. Как показано на фиг.1, фланцевый выступ 94 и/или ушки 90, 92 обеспечивают поддержку нижней части укороченного конца лотка 4 (который обычно образован из множества многочисленных составляющих лотковых элементов). Чтобы увеличить несущую способность между фланцем и ушком 92, может быть добавлена вертикальная угловая перегородка (не показана).
Противоположные концы оконечных элементов 53 и 57 предпочтительно также имеют внутренние поперечные фланцы 96 и 98, которые обеспечивают крепежную поверхность по отношению к лежащему поверх них центральному оконечному элементу 55, который в предпочтительном варианте прикреплен болтами в положении, показанном на фиг.4А. Кроме того, платформа 40 предпочтительно имеет нижний фланцевый выступ 100, который предпочтительно прикреплен болтами к центральной панели 55, проходящей по хорде, и фланцам 96 и 98 на его концах. Также предпочтительно на верхнем конце оконечных элементов 51 и 53 имеются соединительные выступы 102 и 104, прикрепленные к нижней стороне платформы 40. Как описано более подробно ниже, со ссылкой на фиг.8А и 8Е, например, могут также присутствовать вертикальные кронштейны SM, которые проходят вдоль центральной оси потока в лотке или параллельно ей.
Фиг.3В служит иллюстрацией прохождения потока жидкости, проходящего во впускной области 16 к нижнему сливному устройству, регулирующему поток при помощи краев 86', 70, 72, 68 и 88'. Промежуток между этими регулирующими поток краями и верхней поверхностью лотка 4 представлен для каждого из вышеназванных краев обозначениями VC1, VC2, VC3, VC4 и VC5 (опорные брусья 30 и 32 соразмерны с краями 86 и 88 выступов 86 и 88, и предпочтительно по меньшей мере VC1 и VC5 являются взаимно одинаковыми). В варианте, показанном на фиг.3В, каждый край из регулирующих поток краев опускается на общую плоскость так, что предпочтительно, по меньшей мере, VC1=VC5, при типичном диапазоне высот от 1,0 до 2,5 дюйма (от 2,5 до 6,25 см), являющемся предпочтительным диапазоном для многих предполагаемых применений настоящего изобретения. VC2 и VC4 могут быть закрыты, как показано на фиг.8, для создания дополнительной конструктивной опоры, или могут быть щелевыми с направленными экранами для регулирования поперечного распределения потока жидкости по активной зоне барботирования, как показано на фиг.8С. В некоторых примерах только внешние зазоры VC1 и VC5 являются активными или открытыми, а VC2, VC3 и VC4 закрыты (или контактируют с расположенным снизу лотком). Дополнительные комбинации открытых и закрытых VC2, VC3 и VC4 также возможны, как, например, закрытый VC3. Предпочтительно, если VC2 и VC4 удерживаются открытыми и имеют симметричные зазоры. Когда VC3 открыто, VC1 и VC5 предпочтительно имеют от 10 до 50% большие зазоры, чем VC3.
Фиг.1 и 4А также показывают проходящие по хорде или в виде крыльев выступы 74 и 76, которые отходят от поперечных концов центральной панели 55, проходящей по хорде, и предпочтительно проходят в наружном направлении до упора во внутреннюю поверхность стенки колонны (или элемента оболочки, образующего вогнутый внешний край 60) с образованием опоры. Фиг.4А и 4В, кроме того, иллюстрируют предпочтительный характер создания выступов 74 и 76 в виде крыльев с относительно более короткой шириной, более толстыми опорными пластинами 64 и 66, внешними в поперечном направлении относительно сплошных выступов 78 и 80 центральной панели 55. Кроме того, выступы 74 и 76 выполнены с системами сквозных отверстий 82 и 84, которые в предпочтительном варианте являются группой разнесенных в поперечном направлении рядов вертикальных проточных каналов. Эти каналы расположены внешне по отношению к панелям стенки ступени (таким образом, не уменьшая отделение для пара, описанное ниже), но близко (в пределах 12,5 см (5 дюймов)) к пересечению оконечных элементов с центральной панелью, проходящей по хорде. Назначение проточных каналов состоит в том, чтобы избежать неравномерного распределения жидкости в пределах любой из нижних частей сливного устройства, ограниченных стенкой ступени сливного устройства. Комбинация крепления поперечных внешних концов радиально внутренней области стенки сливного устройства и поперечных внешних концов радиально внешних крыльев к различным местам расположения по хорде на внутренней поверхности колонны обеспечивает высоко стабильное и легко присоединяемое средство крепления, что особенно хорошо подходит для колонн больших диаметров (например, больше 2,5 м (8 футов)).
Фиг.5 иллюстрирует альтернативный вариант выполнения изобретения, в котором ступенчатое сливное устройство 8' не имеет выступов 78, 80 в виде крыльев, причем такая конструкция хорошо подходит для сосудов меньшего диаметра, где сливное устройство 8 может поддерживаться единственно основным опорным средством (брусья 30 и 32, соединенные панелью 24). Фиг.5 также показывает схематично картину сквозного потока смеси, проходящей через порог 18. Фиг.6 дает схематическую общую картину прохождения пара и жидкости через вариант изобретения, такой как показан на фиг.1 и 5 настоящего изобретения. Как показано на фиг.5 и 6, жидкая смесь течет через порог вниз, в пределах большей открытой части 52 и до контакта с платформой 40, что приводит к развитию областей потока, проходящих через центральный край ступени, а также к противоположным краям ступени. Кроме того, фиг.5 показывает, что часть потока через верхний край порога падает непосредственно в отверстия вне оконечных элементов вниз в соответствующие части впускной области 16 для прямого потока под нижними краями 86' и 88'. Как хорошо показано на фиг.5 и 6, ступень 40 действует как платформа для выделения газа, где газовая компонента смеси частично освобождается и жидкость накапливается в замкнутом пространстве. Жидкость, таким образом, уходит через нижнюю зону 56 сливного устройства, где она постепенно выпускается на нижний лоток 4.
Фиг.7 изображает разрез по линии VII-VII на фиг.5, показывающий платформу ступени, на которой нет выступов в виде крыльев.
Фиг.8А показывает альтернативный вариант выполнения настоящего изобретения, имеющий в целом те же особенности, что и ранее описанный вариант, показанный на фиг.5, в котором отсутствуют выступы 74, 76 в виде крыльев или выступов, проходящих по хорде и используемых в варианте выполнения, показанном на фиг.1, но с оконечными элементами 51 и 53, модифицированными так, что они имеют выступы для обеспечения дополнительной поддержки сливного устройства.
В варианте выполнения, показанном на фиг.7, единственным средством опоры для сливного устройства 8' являются вертикальные опоры 30 и 32, которые в целом параллельны порогу 18 и, в этом варианте, приварены непосредственно к внутренней поверхности колонны 2. Конструкция, показанная на фиг.7, особенно подходит для колонн с меньшим диаметром, таких, например, у которых диаметр составляет 2,5 метра (8 футов) или меньше. Штриховые линии "DL" представляют собой воображаемые линии, которые проведены для того, чтобы показать три различные отверстия O1, O2 и O3 ступени. В альтернативном варианте выполнения изобретения (не показан) опора может основываться на средствах опоры (SM), которые могут включать выступы на оконечных элементах и/или удлиненную стеновую панель ступени, описанную выше (см. также ниже описание некоторых других вариантов средств опоры (SM)), как главное или единственное средство опоры, причем в этом случае выступы 30 и 34 и/или выступы 74 и 76 в виде крыльев не используются.
Фиг.8В показывает увеличенный вид в аксонометрии ступенчатого сливного устройства 8, показанного на фиг.8А, с дополнительными выступами 51' и 53' на оконечных элементах (представленными частями панелей 51 и 53, выступающими ниже каждого из нижних краев 86', 72 и 88'). В показанном варианте выступы 51' и 53' выступают вниз с вхождением в контакт с лотком 4 (показан в вырезе) и с опорой на него так, что канал для регулирования потока с промежутком VC1 равен выступу ЕХ оконечного элемента. Таким образом, выступы 51' и 53' обеспечивают дополнительное средство опоры, помимо опорных брусьев 30 и 32, которые срезаны у нижнего края 86 панели. Выступы 53' и 51' также функционируют с обеспечением требуемой картины направленного течения в жидком потоке, создающемся под сливным устройством.
Фиг.8С показывает некоторые из модификаций, которые могут быть выполнены в ступенчатом сливном устройстве, для изменения характеристик прохождения потока жидкости от впускной стороны до активной зоны вниз по течению от сливного устройства. Как показано на фиг.8С, нижний край выступов 86 и 88 может быть опущен или поднят либо с другими краевыми частями, либо независимо (предпочтительно, поддерживается симметричное устройство с выступом 88). (См., например, совокупности элементов 86', 86", 88'" и 88', 88" и 88'"). В дополнение к этим изменениям вертикального потока за счет изменений высоты можно сделать изменения в относительной длине выступов 86 и 88 по хорде путем изменения угла (1Т) (и длины края оконечных элементов), как показано с помощью укороченной длины выступа, изменяя длину панели 55 по хорде и выполняя соответствующие изменения длины оконечных элементов и/или делая оконечные элементы с наклоном в наружном направлении, как описано ниже применительно к фиг.9 и 10. Фиг.8С также показывает некоторые изменения в установке, которые могут быть сделаны применительно к другим краевым частям, включая опускание сплошной уровневой линии для края 72 до уровня, представленного штриховыми линиями 72', или поднимая вертикальный поток по высоте колонны путем поднятия края к уровню 72" верхнего края. Относительное расстояние от краев 86, 88 по отношению к краю 72 может быть установлено на общем уровне или изменяться так, чтобы края выступов ограничивали больший или меньший поток с помощью изменения высоты центрального края 72.
Вариант выполнения, представленный на фиг.8С, показывает выступы оконечных элементов, проходящие вниз до образования опоры на лоток, расположенный внизу. Для вариантов выполнения, подобных показанному на фиг.1, где оконечные элементы не доходят вниз до лотка, изменения потока могут также быть достигнуты путем задания относительного вертикального расстояния по отношению к лотку, расположенному ниже, так, чтобы установить их в положениях, отличающихся от положений при максимальном вертикальном промежутке других краевых частей на нижнем крае ступенчатого сливного устройства. Фиг.8С, кроме того, показывает, что центральная панель 55 может также выступать вниз (72') до контакта (например, с образованием опоры) с лотком, расположенным ниже. Как отмечено выше, в варианте выполнения, подобном показанному на фиг.3В, центральная панель может быть единственной панелью, выступающей вниз до контакта с лотком, расположенным внизу, хотя возможны также другие комбинации, такие как выступающие вниз оконечные элементы с заслонками TD или без них.
Кроме регулировок, связанных с прямыми линиями и показанных на фиг.8С, изменения объема потока могут быть также достигнуты по отношению к указанному краю посредством наклонных, щелевых или изогнутых отличительных элементов/дополнений на краях вдоль длины края, но прямолинейные изменения высоты края, представленные на фиг.3С, предпочтительны. Кроме того, вдоль длины выступа оконечного элемента, контактирующего с расположенным внизу лотком, могут быть выполнены отверстия. Фиг.8С показывает один вариант выполнения отверстия для потока, выполненного в одном или нескольких местах вдоль выступа оконечного элемента. На фиг.8С показано, что в каждом выступе оконечного элемента имеется центральная заслонка TD, ориентированная параллельно центральной оси потока вдоль лотка 4.
Фиг.8D и 8Е показывают альтернативное дополнительное опорное средство для поддержки сливного устройства посредством опоры, проходящей между по меньшей мере одной из стеновых панелей 51, 53 и 55, проходящих вниз и в сторону от периферийного края платформы 40 (которая предпочтительно является конструкцией, проходящей по трем хордам, хотя могут быть использованы дополнительные проходящие по хорде выступы, но проходящая по трем хордам конструкция является предпочтительной, так как она обеспечивает хорошее распределение потока на противоположных краях и в центре, и выполнена по отношению к выступам 86 и 88). В варианте, показанном на фиг.8D и 8Е, дополнительное опорное средство SM выполнено так, что оно представляет минимальное препятствие по отношению к нижнему краю сливного устройства, регулирующему поток, и поэтому имеет вертикальную стенку VW, совпадающую с центральной осью. По меньшей мере одно индивидуальное опорное средство SM может быть установлено посредине по меньшей мере одной из панелей 51, 53 и 55 или на их вертикальных граничных краях. Опорное средство SM на фиг.8Е показано в виде кронштейна и включает верхний и нижний крепежные выступы для крепления к панели и лотку, соответственно, посредством сварки или крепления болтами. Как отмечено выше, для большинства применений это опорное средство используется как дополнительное опорное средство, хотя при некоторых применениях настоящего изобретения на это опорное средство может быть возложена надежда как на основную или единственную опору для сливного устройства.
Фиг.9 и 10 показывают еще один вариант выполнения изобретения, имеющий наклоненные в наружном направлении оконечные элементы 51" и 53", проходящие в наружном направлении от внешней граничной области платформы 40. Как показано на фиг.10, выполнение наклонными оконечных элементов, таких как показанный оконечный элемент 51", обеспечивает уменьшение потока, несмотря на объем потока FL парожидкостной смеси, проходящей через порог 18, сначала в приемную зону 345 над платформой 40 и между панелью 24 и внутренней поверхностью 346 колонны 2, а затем в область 347, частично ограниченную наклонным оконечным элементом. Благодаря этому сливное устройство становится хорошо приспособленным для таких процессов, в которых используется высокое давление или требуется большая разница в площади поперечного сечения сливного устройства между верхом и низом. Угол ТА наклона до 45° хорошо подходит для использования во многих из вышеуказанных ситуаций, где требуется объемный перепад.
Фиг.11 показывает еще один вариант выполнения настоящего изобретения (тип поперечного сечения которого является таким же, как на фиг.2), имеющего оболочковое устройство, в котором внешней стенкой сливного устройства является не внутренняя поверхность 346, а стеновая конструкция 350, предпочтительно имеющая вогнутую конфигурацию с концентрическим взаимным расположением со стенкой колонны. Таким образом, обеспечивается поток через канал между стенкой 350 и панелями ступени, включая панель 55, представленными на фиг.11. В предпочтительном варианте выполнения нижний край сливного устройства является регулирующим средством в потоке, ведущем к ниже расположенному лотку и вдоль него, хотя сама платформа ступени также предназначена для обеспечения эффективных характеристик протекания потока через горизонтальное поперечное сечение. В оболочковых сливных устройствах внешняя стенка оболочки должна быть герметично соединена со стенкой колонны на ее конце, чтобы эта конструкция функционировала соответствующим образом.
Фиг.12-17 показывают варианты выполнения изобретения, где используются отверстия предпочтительной конфигурации, в некоторых примерах дополненные соплами, которые должны способствовать равномерному распределению потока на лотке.
Как показано на фиг.12, лоток 110 вблизи зоны 112 подачи жидкости имеет множество сопел 114, каждое из которых, как показано на фиг.13 и 14, состоит из наклонного U-образного отражающего ушка 116, выполненного из материала лотка. Ушко выдавливается из лотка во время его изготовления, оставляя U-образное отверстие 118 для пара в плоскости лотка. Ушко соединено с лотком и поддерживается на настиле лотка линией 120 сгиба. Сопла этого типа известны в технике как "сопла-ушки" (см., например, патент США №2684837 (North et al.), который включен в настоящее описание посредством ссылки). Другой возможный тип сопла показан на фиг.16. Это ушко выдавливается из лотка во время его изготовления, оставляя небольшое обращенное вперед отверстие 218 над плоскостью лотка. Сопла этого типа известны как С-щели (см. например патент США №4101610, который включен в настоящее описание посредством ссылки). Могут использоваться другие сопла, включая те, которые имеют выполненное в лотке отверстие, горизонтальный отражатель, который расположен над отверстием и имеет форму и размеры, соответствующие в целом отверстию, и короткие боковые стенки, которые соединяют периметр отверстия с периметром отражателя, за исключением стороны, через которую направляется струя пара. Такие сопла обычно выполнены за одно целое с настилами лотков и выдавливаются из них.
Ориентации направлений сопел на фиг.12 таковы, что пар, поднимающийся через отверстия 118, ударяется об ушки 116 и отклоняется в направлении, при котором он толкает жидкость в направлении вперед, в сторону от зоны подачи жидкости и к более широким областям зоны барботирования, способствуя тем самым равномерному распределению жидкости по ширине лотка. Как можно видеть на фиг.12, чтобы способствовать этому эффекту, концентрация сопел 114 вблизи центральной оси потока меньше, чем в местах, которые в поперечном направлении удалены от центральной оси потока. Пространственная плотность сопел может постепенно возрастать от минимума у центральной оси потока до максимума на боковых сторонах области сопел на лотке. Линии центров сопел, расположенных вблизи концов щелевых отверстий сливного устройства, могут отклоняться, как показано на фиг.12, чтобы направлять поток вдоль стенки сосуда.
Отверстия для введения пара в варианте выполнения, показанном на фиг.12, имеют предпочтительную конфигурацию, которая известна в промышленности и описана подробно в патенте США №5360583, содержание которого включено в данное описание посредством ссылки. Трапецеидальные элементы 122 на фиг.12 являются стационарными горизонтальными отражателями. Как показано более подробно на фиг.15, эти отражатели 122 лежат над соответствующими отверстиями 124, расположенными в плоскости настила лотка, а концы отражателей 122, находящиеся вверху и внизу по потоку, присоединены к настилу лотка. При такой конструкции поднимающиеся пары вводятся в жидкость в поперечном направлении. Лотки, имеющие отверстия этого типа, имеются на рынке и известны в промышленности как MVG лотки.
Благодаря тому, что конфигурация предложенного сливного устройства обеспечивает высокоэффективное распределение жидкости в активной зоне барботирования, настоящее изобретение может также легко использоваться во многих примерах, где есть перфорированные активные зоны барботирования. Пример решетчатой части настила лотка типа "STD" показан на фиг.17 (низкая стоимость и легкое изготовление).
Хотя чертежи, сопровождающие это описание, показывают только решетчатые лотки и MVG лотки, изобретение пригодно для многих различных типов лотков с отверстиями, известных в технике, включая лотки с клапанами и лотки с барботажными колпачками. Хотя здесь были описаны только некоторые варианты изобретения, специалистам должно быть понятно, что изобретение может принять много других форм. Соответственно, подчеркивается, что изобретение не ограничивается описанными вариантами и охватывает модификации, изменения и усовершенствования, которые входят в объем, соответствующий формуле изобретения.
Содержание приоритетной заявки на патент США 09/878909 включено в настоящее описание посредством ссылки.
Ступенчатое сливное устройство, предназначенное для использования в парожидкостном контактном устройстве, имеющее на промежуточном уровне платформу ступени предпочтительно с периферическим краем, состоящим из трех кромок, и соответствующие панели ступени, проходящие вниз от этого края с образованием герметичной стеновой панели ступени. В качестве предпочтительного опорного устройства используются выступы, которые проходят по хорде от внутреннего вертикального края противоположных стеновых панелей ступени и непосредственно или косвенно посредством опорных брусьев удерживаются в колонне парожидкостного контактного устройства. Основная панель проходит вверх от внутреннего края платформы до вышерасположенного лотка. Над расположенным выше лотком может проходить порог, который является выступом основной панели. Эта основная панель прикреплена к опорным брусьям и поддерживает платформу ступени, стенки и выступы либо одна, либо с дополнительными опорными элементами. От сливного устройства внутрь проходит опорный уступ лотка с образованием опоры для верхнего лотка. Парожидкостная смесь контактирует с платформой ступени после прохождения над порогом, от которого жидкость движется вдоль центральной оси потока и наклонно от противоположных боковых панелей. С противоположных концов порога жидкость течет непосредственно до контакта с впускной областью нижнего лотка, проходя мимо платформы. Стенки противоположных боковых панелей могут быть наклонены в наружном направлении для изменения объема потока в нижней части сливного устройства. Один из вариантов выполнения изобретения имеет проходящие по хорде выступы, которые выполнены в виде крыльев с отверстиями для выравнивания давления и которые проходят от противоположных сторон стеновой панели ступени до упора в колонну. Нижний край панелей стенки и нижний край выступов регулируют поток жидкости при его перемещении под нижним краем от впускной стороны сливного устройства в активную зону лотка. Относительный уровень нижних краев можно изменять, чтобы удовлетворять требуемым применениям. Дополнительные или заменяющие конструктивные опоры сливного устройства включают вертикальные опорные элементы, отходящие от панели ступени к нижнему лотку либо в виде опорных кронштейнов, либо в виде выступов оконечных элементов. 4 н. и 29 з.п. ф-лы, 17 ил.
| US 6003847 А, 21.12.1999 | |||
| US 5453222 A, 26.09.1995 | |||
| Тепломассообменная тарелка | 1982 |
|
SU1025440A1 |
| Тепломассообменная тарелка | 1982 |
|
SU1049073A1 |
| Тепломассообменная тарелка для эпюрационных колонн | 1990 |
|
SU1738835A1 |
