КОЛЛЕКТОР СБОРА ЖИДКОСТИ ДЛЯ МАССООБМЕННЫХ И СЕПАРАЦИОННЫХ АППАРАТОВ Российский патент 2012 года по МПК B01D3/32 B01D45/08 

Изобретение относится к коллекторам сбора жидкости для массообменных и сепарационных аппаратов, в частности для сбора жидкости, ее отвода или перераспределения по поперечному сечению аппарата, для распределения и сепарации газовых потоков от капель жидкости. Оно может быть применено при осуществлении массообменных процессов для систем газ - жидкость, например, в насадочных абсорберах осушки углеводородных газов, или в сепараторах, для исключения повторного дробления стекающей отделенной жидкости поднимающимся газовым потоком.

Известна тарелка для распределения жидкости в тепломассообменных аппаратах коллекторного типа, содержащая приемный и распределительные карманы, т.е. сборники жидкости, трубчатые распределительные элементы (Авторское свидетельство №1301427, МПК: B01D 3/20, B01D 3/32, B01D 53/18, БИ №13, 1987). Эта тарелка обеспечивает хорошее распределение жидкости по сечению аппарата с одновременным ее охлаждением или нагревом газовым потоком.

Недостатком этой тарелки является плохое распределение газового потока и отсутствии функции его сепарации от капельной жидкости, невозможность ее использования в качестве опорной решетки и высокая металлоемкость из-за применения трубчатых распределительных элементов.

Известна массообменная полуглухая тарелка (патент РФ №1327899, МПК: B01D 3/32), содержащая основание для сбора жидкости, размещенное на опорных кронштейнах, прикрепленных к корпусу аппарата, и соединенное с ним коническое кольцо (каплесъемник), установленное над основанием. Коническое кольцо установлено с зазором к основанию, выполненному в виде чаши диаметром, превышающим или равным диаметру конического кольца.

Такое техническое решение позволяет увеличить надежность крепления сборника жидкости к корпусу аппарата и увеличить сечение прохода газа (пара) через устройство по сравнению с традиционными полуглухими тарелками, привариваемыми к стенке корпуса аппарата и снабженными паровыми патрубками.

Недостатком этого устройства является неравномерность распределения газового потока, ограниченность сечения прохода газа и значительные высотные габариты из-за уменьшения диаметра основания (сборника жидкости), что увеличивает высоту корпуса аппарата и его материалоемкость, а также низкая эффективность сепарации капельной жидкости.

Известны конструкции стальных опорных решеток под насадку (А.А.Лащинский, А.Р.Толчинский «Основы конструирования и расчета химической аппаратуры», справочник, издательство «МАШИНОСТРОЕНИЕ», ЛЕНИНГРАД, 1970, стр.752 - рис.24.19, стр.630). Эти решетки включают обечайку с закрепленными на ней поперечными пластинами и предназначены для удержания веса насадок при максимальном живом сечении и других функций не выполняют.

Известны конструкции ограничительных решеток для насыпных насадок и для регулярных насадок (А.И.Скобло, Ю.К.Молоканов, А.И.Владимиров, В.А.Щелкунов, «Процессы и аппараты нефтегазопереработки», Москва, НЕДРА, 2000, стр.678 - стр.269 - Рис.VII-30а) и б) соответственно). Эти решетки аналогичны опорным решеткам и выполняют функции ограничения высоты секций насадок сверху и снизу в корпусе аппарата и выполняют также прочностные функции для поддержания веса насадок снизу, а сверху предотвращают перемещение насадок от динамических сил газового потока.

Однако для распределения газового потока, сепарации капель жидкости из газового потока, сбора жидкости, стекающей с насадки, и отвода ее дополнительно под опорными решетками устанавливают:

- устройства для сепарации жидкости с распределяющими решетками, например, из просечно-вытяжного листа и с расположенными на них сетчатыми отбойниками (Авторское свидетельство №432912);

- полуглухие тарелки сбора и накопления жидкости (Патент РФ 1327899);

- перераспределительные конструкции стальных насадочных тарелок типа TCH-II и TCH-III, которые выполнены чашеобразными с размещением в их полотнах переливных патрубков, (А.А.Лащинский, А.Р.Толчинский, «Основы конструирования и расчета химической аппаратуры», справочник, Издательство: «МАШИНОСТРОЕНИЕ», ЛЕНИНГРАД, 1970, стр.752 - рис.24.19, стр.630).

Известен коллектор сбора жидкости фирмы «Norton», прототип (А.И.Скобло, Ю.К.Молоканов, и др. «Процессы и аппараты нефтегазопереработки и нефтехимии», М., НЕДРА, 2000, стр.269). Техническое решение включает сборник жидкости, закрепленный на внутренней стенке аппарата, открытые коллекторы-желоба, соединенные со сборником жидкости, наклонные лопасти, соединенные с желобами и снабженные в верхней части каплесъемниками, расположенными над смежными желобами.

Устройство обеспечивает равномерное распределение газового потока, имеет увеличенное сечение для прохода газа, в нем улучшена сепарационная способность капельной жидкости. Однако оно не может выполнять функции опорной решетки, перераспределителя жидкости, требует повышенных габаритов корпуса аппарата, т.к. при установке в аппарат кроме значительной высоты самого устройства требуется объем (высота) перед массообменной или сепарационной секцией (расстояние до опорной решетки насадочных элементов и высота самой опорной решетки). Следовательно, недостатки аналогов по ограничению функций устройства, значительным габаритным размерам и материалоемкости устройства сохраняются.

Технический результат предложенного технического решения заключается в снижении габаритов корпусов аппаратов с коллекторами сбора жидкости, снижении материалоемкости внутренних устройств и корпусов аппаратов, совмещении функций устройств, таких как опорная решетка, сборник жидкости, первичный сепаратор, перераспределитель потоков, повышении эффективности сепарации, упрощении конструкции.

Технический результат достигается тем, что в коллекторе сбора жидкости для массообменных и сепарационных аппаратов, содержащем сборник жидкости с размещенными на нем открытыми к верху желобами и наклонные пластины с каплесъемниками в верхней части, введены вертикальные пластины, закрепленные в нижней части открытых желобов, а наклонные пластины выполнены прямоугольными, закрепленными одними сторонами с верхней частью вертикальных пластин, а противоположными сторонами - с нижними частями смежных вертикальных пластин и с зазором к стенкам открытых к верху желобов, причем вдоль смежных вертикальных пластин вплотную друг к другу установлено несколько наклонных пластин последовательно одна за другой, развернутых относительно друг друга в разные стороны.

Вертикальные и наклонные пластины с открытыми к верху желобами, закрепленные между собой, образуют опорную решетку или ее сегментную часть.

Вертикальные пластины в нижней части снабжены зубьями, которые закреплены в открытых желобах.

Вертикальные и наклонные пластины в местах соединения в верхней части образуют каплесъемники.

Вертикальные пластины выполнены из пористого материала на обеих поверхностях, а наклонные пластины выполнены из пористого материала или с пористым покрытием нижних поверхностей.

Сборник жидкости снабжен каналами, расположенными у стенки корпуса аппарата или трубками отвода жидкости.

Наклонные пластины по сторонам, края которых не соединены с вертикальными пластинами, снабжены бортами направленными вверх и (или) вниз.

Открытые к верху желоба расположены на сборнике жидкости ниже его верхней кромки, при этом желоба в нижней части снабжены дренажными отверстиями и (или) в верхней части гребенками.

Введение вертикальных пластин, закрепленных в нижней части открытых желобов, выполнение наклонных пластин прямоугольными, закрепленными одними сторонами с верхней частью вертикальных пластин, а противоположными сторонами - с нижними частями смежных вертикальных пластин и с зазором к стенкам открытых к верху желобов, а также установление вдоль смежных вертикальных пластин вплотную друг к другу несколько наклонных пластин последовательно одна за другой, развернутых относительно друг друга в разные стороны, которые образуют опорную решетку или ее сегментную часть, позволило совместить функции коллектора сбора жидкости с функцией опорной решетки с целью уменьшения высоты и материалоемкости, упростить конструкцию за счет исключения верхней загнутой кромки наклонной лопасти, использовать жесткость тарелки (рамная конструкция) в качестве опорной решетки с целью размещения на ней, например, регулярной или другой насадки.

Выполнение вертикальных пластин в нижней части с зубьями, которые закреплены в открытых желобах, позволило обеспечить сток жидкости с обеих сторон вертикальных пластин крупными каплями непосредственно на внутреннюю поверхность открытых желобов, исключая дробление жидкости поднимающимся газовым потоком.

Соединение в верхней части вертикальных и наклонных пластин позволило, кроме создания жесткости устройству, образовать в верхней части каплесъемники для безотрывного отбора жидкости с нижней поверхности наклонных пластин на вертикальные пластины и стоком жидкости с них непосредственно в открытые желоба.

Выполнение вертикальных пластины из пористого материала с двух сторон, а наклонных пластин - из пористого материала или с пористым покрытием нижних поверхностей позволило увеличить скорость газового потока (производительность) без отрыва жидкости с поверхности пластин.

Выполнение сборника жидкости с каналами, расположенными у стенки корпуса аппарата или трубками отвода жидкости, позволило исключить дробление отделенной жидкости поднимающимся газовым потоком.

Выполнение наклонных пластин по сторонам, края которых не соединены с вертикальными пластинами, отбортованными к верху, позволило отделять и собирать жидкость не только поступающую с газовым потоком, но и стекающую с насадки при ее орошении.

Выполнение открытых к верху желобов расположенными на сборнике жидкости ниже его верхней кромки и снабжение их в нижней части дренажными отверстиями и (или) в верхней части гребенками позволило расширить область применения коллектора сбора жидкости, применить его в качестве распределительной или перераспределительной тарелки с минимальными конструктивными изменениями.

Заявителю не известно из существующего уровня техники выполнение коллектора сбора жидкости для массообменных и сепарационных аппаратов предложенным образом.

На фиг.1 изображен общий вид коллектора сбора жидкости с каналом отвода ее на стенки корпуса аппарата.

На фиг.2 изображен общий вид коллектора сбора жидкости с трубками отвода ее, например, в кубовую часть аппарата.

На фиг.3 - разрез А-А на фиг.2.

На фиг.4 - продольный разрез перераспределительного коллектора сбора жидкости,

На фиг.5 - продольный разрез распределительного коллектора.

На фиг.6 - вариант открытого к верху желоба для коллектора сбора жидкости, выполняющего роль перераспределителя жидкости или распределителя жидкостного потока.

Коллектор сбора жидкости для массообменных и сепарационных аппаратов состоит из корпуса 1, в котором расположен сборник жидкости 2, над сборником жидкости 2 размещены открытые к верху желоба 3, в открытых желобах 3 установлены вертикальные пластины 4, закрепленные в их нижней части, а наклонные пластины 5 выполнены прямоугольными, закрепленными одними сторонами с верхней частью вертикальных пластин 4, а противоположными сторонами - с нижними частями смежных вертикальных пластин 4 и с зазором 6 к стенкам открытых к верху желобов 3 (фиг.1, 2), вдоль смежных вертикальных пластин вплотную друг к другу установлено несколько наклонных пластин 5 последовательно одна за другой, развернутых относительно друг друга в разные стороны (фиг.2, 3). Вертикальные пластины 4 и наклонные пластины 5 образуют каплесъемники 7 в верхней части.

Вертикальные 4 и наклонные 5 пластины с открытыми к верху желобами 3 закреплены между собой и образуют опорную решетку 8 (фиг.2) или ее сегментную часть.

Вертикальные пластины 4 в нижней части снабжены зубьями 9 (фиг.3-5), которые закреплены в открытых желобах 3.

Вертикальные пластины 4 выполнены из пористого материала на обеих поверхностях, а наклонные пластины 5 выполнены из пористого материала или с пористым покрытием нижних поверхностей для улучшения смачиваемости жидкостью и исключения срыва ее газовым потоком.

Сборник жидкости 2 снабжен каналами 10 (фиг.1), расположенными у стенки корпуса аппарата 1, или трубками отвода жидкости 11 (фиг.2).

Наклонные пластины 5 по сторонам, края которых не соединены с вертикальными пластинами, снабжены бортами 12 (фиг.3).

Для перераспределительных решеток (фиг.4) и для распределительных решеток (фиг.5) с подачей жидкости в сборник жидкости через штуцер 13 открытые к верху желоба 3 расположены на сборнике жидкости 2 ниже его верхней кромки 14 (фиг.5), при этом желоба в нижней части перераспределительных и распределительных решеток снабжены дренажными отверстиями 15 (фиг.4, 5, 6) и (или) в верхней части гребенками 16 (фиг.6).

Опорная решетка 8 может быть выполнена из сегментов шириной, обеспечивающей возможность их монтажа и демонтажа через люк-лаз.

Наклонные в разные стороны пластины 5 примыкают вплотную друг к другу и образуют в проекции поперечного сечения аппарата сплошной круг, исключающий провал жидкости через него, но обеспечивая проход газа через треугольные каналы 17 и 18 между наклонными пластинами (фиг.2).

Для мелких насыпных насадок или адсорбентов на коллекторе сбора жидкости 1 могут быть расположены плоские или гофрированные сетки 19 (фиг.1).

Коллектор сбора жидкости работает следующим образом. Газ с каплями жидкости (в сепараторах, абсорберах) подают под коллектор сбора жидкости 1, выполняющего роль:

- опорной решетки - 8, на которой располагается регулярная или насыпная насадка;

- инерционного сепаратора капель жидкости из газожидкостного потока;

- распределителя газового потока на множество струй, выходящих из коллектора сбора жидкости и поступающих на сепарационную или массообменную насадку (не показаны);

- беспровальной тарелки.

Сепарация происходит за счет сил инерции, капли жидкости сталкиваются с нижней поверхностью наклонных пластин 5, смачивают ее, укрупняются и переносятся при больших скоростях газовым потоком в каплесъемники 7, откуда стекают по вертикальным пластинам 4 в открытые сверху желоба 3. При малых скоростях (когда силы от газового напора меньше сил от веса капли и поверхностного натяжения жидкости) капли жидкости с нижней поверхности наклонных пластин 5 стекают в открытые желоба 3 через зазор 6. Из отрытых желобов жидкость поступает в сборник жидкости 2, откуда ее отбирают по трубам 11 или каналам 10 на стенку корпуса 1, а распределенный газ через множество треугольных каналов 17 и 18 (рис.2) между вертикальными пластинами 5, с закрепленными с ними наклонными пластинами 5, установленными вплотную друг к другу, направляется на расположенную на опорной решетке 8 насадку (не показана).

При использовании коллектора сбора жидкости в качестве распределителя или перераспределителя жидкости ее подают через штуцер 13 (фиг.5) или отбирают со стенки корпуса 1 (фиг.4) в сборник жидкости 2, откуда отбирают в открытые к верху желоба 3, которые расположены на сборнике жидкости 2 ниже его верхней кромки 14 (фиг.4, 5). Из отрытых желобов 3 жидкость распределяется по отверстиям 15 и (или) через гребенки 16 на нижерасположенную секцию насадки.

Предложенный коллектор сбора жидкости многофункциональный по назначению, т.к. является опорной решеткой для размещения сепарационных и массообменных насадок, жесткость и прочность которой обеспечивается соединением элементов вертикальных пластин, наклонных пластин и открытых желобов. Это позволяет выполнить конструкцию из материалов меньшей толщины, чем обычные опорные решетки, т.к. конструкция рамная.

Конструкция является сборником жидкости, обеспечивает беспровальный режим ее течения, является распределителем и инерционным сепаратором газового потока за счет соединения вертикальных пластин опорной решетки с наклонными лопастями с образованием карманов-каплесъемников.

Совмещение функций коллектора сбора жидкости и опорной решетки позволило сократить высоту корпуса аппарата, суммарную высоту и металлоемкость предложенной конструкции.

Увеличение количества вертикальных пластин по сравнению с традиционными опорными решетками и чередование их с наклонными пластинами увеличивает жесткость конструкции и позволяет выполнить ее из металла меньшей толщины, что облегчает трудоемкость изготовления коллектора сбора жидкости.

Выполнение вертикальных пластин с зубьями позволяет увеличить диаметр капель и отбираемых струй, а следовательно, повысить эффективность сепарации или увеличить производительность устройства по газу.

Выполнение наклонных пластин по сторонам, края которых не соединены с вертикальными пластинами, с бортами, направленными вверх и (или) вниз, позволяет:

- обеспечить беспровальный режим течения жидкости, стекающей с насадки на коллектор, за счет бортов, направленных вверх;

- исключить унос жидкости с газовым потоком за счет бортов, направленных вниз.

Расположение открытых к верху желобов на сборнике жидкости ниже его верхней кромки позволяет в вариантах работы коллектора в качестве распределительной и перераспределительной тарелки перетекать жидкости из сборника жидкости в открытые к верху желоба в дренажные отверстия и (или) через гребенки.

Выполнение наклонных пластин в виде прямоугольников упрощает конструкцию коллектора, исключает применение штампов при изготовлении.

Таким образом, обеспечивается технический результат предложенного технического решения, заключающийся в снижении габаритов корпусов аппаратов с коллекторами сбора жидкости, снижении материалоемкости внутренних устройств и корпусов аппаратов, совмещении функций устройств, таких как опорная решетка, сборник жидкости, первичный сепаратор, перераспределитель потоков, повышении эффективности сепарации, упрощении конструкции.

Изобретение предназначено для сбора жидкости, ее отвода или перераспределения по поперечному сечению аппарата, для распределения и сепарации газовых потоков от капель жидкости. Коллектор содержит сборник жидкости с размещенными на нем открытыми к верху желобами и наклонные пластины с каплесъемниками в верхней части, вертикальные пластины, закрепленные в нижней части открытых желобов. Наклонные пластины выполнены прямоугольными, закрепленными одними сторонами с верхней частью вертикальных пластин, а противоположными сторонами - с нижними частями смежных вертикальных пластин и с зазором к стенкам открытых к верху желобов. Вдоль смежных вертикальных пластин вплотную друг к другу установлено несколько наклонных пластин последовательно одна за другой, развернутых относительно друг друга в разные стороны. Пластины с желобами образуют опорную решетку. Вертикальные пластины в нижней части снабжены зубьями, закрепленными в желобах. Вертикальные и наклонные пластины в местах соединения в верхней части образуют каплесъемники. Вертикальные пластины выполнены из пористого материала с двух сторон, а наклонные пластины выполнены из пористого материала или с пористым покрытием нижних поверхностей. Технический результат: снижение габаритов и материалоемкости, повышение эффективности сепарации, упрощение конструкции. 7 з.п. ф-лы, 6 ил.

1. Коллектор сбора жидкости для массообменных и сепарационных аппаратов, содержащий сборник жидкости с размещенными на нем открытыми кверху желобами и наклонные пластины с каплесъемниками в верхней части, отличающийся тем, что в него введены вертикальные пластины, закрепленные в нижней части открытых желобов, а наклонные пластины выполнены прямоугольными, закрепленными одними сторонами с верхней частью вертикальных пластин, а противоположными сторонами с нижними частями смежных вертикальных пластин и с зазором к стенкам открытых кверху желобов, причем вдоль смежных вертикальных пластин вплотную друг к другу установлено несколько наклонных пластин последовательно одна за другой, развернутых относительно друг друга в разные стороны.

2. Коллектор сбора жидкости для массообменных и сепарационных аппаратов по п.1, отличающийся тем, что вертикальные и наклонные пластины с открытыми кверху желобами, закрепленные между собой, образуют опорную решетку или ее сегментную часть.

3. Коллектор сбора жидкости для массообменных и сепарационных аппаратов по п.1, отличающийся тем, что вертикальные пластины в нижней части снабжены зубьями, которые закреплены в открытых желобах.

4. Коллектор сбора жидкости для массообменных и сепарационных аппаратов по п.1, отличающийся тем, что вертикальные и наклонные пластины в местах соединения в верхней части образуют каплесъемники.

5. Коллектор сбора жидкости для массообменных и сепарационных аппаратов по п.1, отличающийся тем, что вертикальные пластины выполнены из пористого материала с двух сторон, а наклонные пластины выполнены из пористого материала или с пористым покрытием нижних поверхностей.

6. Коллектор сбора жидкости для массообменных и сепарационных аппаратов по п.1, отличающийся тем, что сборник жидкости снабжен каналами, расположенными у стенки корпуса аппарата, или трубками отвода жидкости.

7. Коллектор сбора жидкости для массообменных и сепарационных аппаратов по п.1, отличающийся тем, что наклонные пластины по сторонам, края которых не соединены с вертикальными пластинами, снабжены бортами, направленными вверх и (или) вниз.

8. Коллектор сбора жидкости для массообменных и сепарационных аппаратов по п.1, отличающийся тем, что открытые кверху желоба расположены на сборнике жидкости ниже его верхней кромки, при этом желоба в нижней части снабжены дренажными отверстиями и (или) в верхней части гребенками.