УСТРОЙСТВО ДЛЯ КОНТАКТНОГО ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ ГАЗА И ЖИДКОСТИ Российский патент 2014 года по МПК B01D3/20 

Область техники, к которой относится изобретение

Настоящее изобретение относится к устройству, предназначенному для использования в аппарате для контактного взаимодействия газа и жидкости.

Уровень техники

В аппарате для контактного взаимодействия газа и жидкости, таком, как ректификационная колонна, используют ректификационные тарелки. Обычно такие тарелки используют в различных отраслях промышленности, включая обработку углеводородов, химическую обработку и нефтехимическую обработку. На осуществляемый в аппарате тепло- и массообмен между газами и жидкостями могут влиять такие характеристики тарелки, как контактная поверхность, конструкция переливного желоба, а также конструкция тарелки в целом.

Во многих случаях первоначальные рабочие диапазоны изменяют для того, чтобы удовлетворить текущим эксплуатационным требованиям. Для того чтобы удовлетворить этим новым эксплуатационным требованиям, количество переливных желобов на тарелках может быть увеличено. В качестве альтернативы переливные желоба могут быть первоначально снабжены некоторым количеством отверстий, закрытых с помощью прикрепленных болтами штампованных полосок из листового материала. За счет удаления указанных штампованных полосок можно увеличить пропускную способность (по жидкости) переливного желоба.

Однако этим решениям обычно присущи некоторые недостатки. Изменение количества переливных желобов может потребовать затрат времени и создать опасность изменения других расчетных характеристик тарелки. Относительно штампованной полоски следует отметить, что такое решение может быть недостаточно гибким в том случае, если с удалением полоски открывается слишком много отверстий и слишком сильно увеличивается проход для жидкости. Кроме того, удаление лишь некоторых полосок из некоторых переливных желобов может привести к неравномерному распределению жидкости в аппарате. Помимо того, используемые специальные инструменты для удаления полоски могут потребовать время и усилия для регулирования пропускной способности тарелки. В течение вынужденного перерыва в работе, когда, как правило, производят такие регулировки, вообще, весьма желательно производить такие изменения пропускной способности быстро, чтобы минимизировать перерыв в работе аппарата и вернуть аппарат вновь в рабочее состояние. Таким образом, было бы желательным найти более эффективный и гибкий способ изменения пропускной способности тарелки.

Сущность изобретения

Одним примером воплощения может быть устройство для аппарата, в котором осуществляется контактное взаимодействие газа и жидкости.

Аппарат для контактирования газа и жидкости (контактный аппарат) может содержать один элемент. Указанный элемент может содержать неразрывную часть, и разрывную часть, приспособленную для ее удаления при приложении эффективного по величине усилия с целью создания одного или большего числа отверстий для прохода через них текучей среды.

Другим примером воплощения может быть аппарат для контактирования газа и жидкости.

Указанный аппарат может содержать контактную тарелку, предназначенную для контактного взаимодействия газа и жидкости, и переливной желоб, прикрепленный к указанной контактной тарелке. Переливной желоб может содержать элемент, включающий, как правило, расположенные поочередно неразрывную часть и разрывную часть, приспособленную для ее удаления при приложении эффективного по величине усилия с целью создания одного или большего числа отверстий.

Еще одним примером воплощения изобретения может служить способ повышения пропускной способности переливного желоба для контактного аппарата. Указанный способ может включать удаление одного или большего числа разрывных участков из не разрывного элемента переливного желоба.

Вообще раскрытые здесь воплощения обеспечивают создание элемента с определенным количеством закрытых отверстий. Закрытые отверстия могут исключать прохождение через них текучей среды, к примеру, жидкости. Кроме того, для регулирования пропускной способности тарелки один или большее число отдельных участков, закрывающих такие отверстия, могут быть легко удалены. В частности, простое выбивание одного или более указанных участков может открыть дополнительное количество отверстий, которые могут обеспечивать перелив жидкости с одной тарелки на следующую. Как правило, указанные один или большее число участков удаляют с помощью простых инструментов, например, молотка и, по усмотрению, пробойника отверстии.

Определения

Используемый здесь термин «контактное взаимодействие газа и жидкости» вообще означает взаимодействие одного или большего количества газов и одной или более жидкостей. Термин «газ» может включать в себя пар. Обычно контактное взаимодействие газа и жидкости происходит на тарелке, где образуется пена, что облегчает тепло- и массообмен между газом и жидкостью.

Используемый здесь термин «разрывная» означает, вообще, некоторую часть, удаляемую из целого элемента путем приложения человеком ручного усилия, обычно с использованием инструмента для приложения ручного усилия, например, молотка или киянки. Такое усилие, как правило, составляет менее 20000 ньютон, менее 10000 ньютон, даже менее 5000 ньютон, или еще даже менее 2000 ньютон.

Используемый здесь термин «неразрывная» означает, вообще, некоторую часть, которая не подлежит удалению из целого посредством, как отмечено выше, приложение усилия человеком, обычно с использованием при этом инструмента для приложения ручного усилия, например, молотка или киянки. «Неразрывная» часть может быть подвергнута разрыву с помощью машины, без приложения усилия человеком, например, с помощью дыропробивного или штамповочного пресса.

Используемый здесь термин «периметр», вообще, означает границу элемента или участка, которая может иметь любую подходящую форму, такую, как окружность, овал, квадрат, ромб, прямоугольник или фасонный профиль.

Используемый здесь термин «текучая среда», вообще, включает в себя один или большее число газов и/или одну или большее число жидкостей, по усмотрению, находящихся в растворе или взвеси, например, пары. Кроме того, термин «текучая среда» и «газ» могут также включать в себя аэрозоль, например, взвесь из жидкости и/или твердых частиц, находящихся в газовой среде.

Используемый здесь термин «соединенный» может означать два элемента, непосредственно или опосредованно объединенных, скрепленных, взаимосвязанных, прикрепленных, или сформованных заодно целое, посредством химических или механических средств, с помощью технологических процессов, включающих штамповку, литье или сварку. Кроме того, два элемента могут быть соединены с помощью третьего элемента, например, механического крепежного средства, например, резьбы, гвоздя, скобы или заклепки; с помощью адгезива или пайки припоем.

Краткое описание чертежей

Фиг.1 - вид в поперечном разрезе аппарата для контактного взаимодействия газа и жидкости, отображающий вид сверху примера воплощения устройства.

Фиг.2 - пример выполнения переливного желоба по линии 2-2 на фиг.1, вид в

вертикальном разрезе.

Фиг.3 - вид в плане сверху некоторой части секции примера выполнения нижнего

элемента переливного желоба.

Фиг.4 - другой пример выполнения нижнего элемента, вид в плане сверху.

Фиг.5 - еще один пример выполнения нижнего элемента, вид в плане сверху.

Фиг.6 - примера выполнения отдельного участка, расположенного в типичном

отверстии, вид в плане сверху

Фиг.7 - другой пример выполнения отдельного участка, находящегося в типичном

отверстии, вид в плане сверху.

Фиг.8 - пример выполнения инструмента ударного воздействия, удаляющего типичный отдельный участок, вид в перспективе.

Подробное описание

На фиг.1 и 2 показано устройство 120, используемое в аппарате 100 для контактирования газа и жидкости. Как правило, аппарат 100 для контактирования газа и жидкости представляет собой ректификационную колонну 110. На фиг.1 показано поперечное сечение колонны 110, при этом колонна 110 имеет цилиндрическую боковую поверхность. Хотя аппарат 100 в этом примере воплощения представляет собой колонну 110 для ректификации, он может быть аппаратом других типов, например, абсорбером или стриппинг-колонной. Указанный аппарат 100 для контактирования газа и жидкости может содержать одно или большее количество устройств 120.

Устройство 120 содержит контактную тарелку, служащую для конктактного взаимодействия газа и жидкости, или полотно 124 и ряд переливных желобов 126. Хотя это не показано, но следует понимать, что контактная тарелка 124 может содержать большое количество перфорационных отверстий, как правило, круглых, и, по усмотрению, направляющие щелевые отверстия для обеспечения прохода газа и/или жидкости для создания пены, чтобы улучшить, например, тепло- и массообмен между газом и жидкостью. Большое количество переливных желобов 126 могут иметь любую форму, но в этом примере воплощения переливные желобов 126 выполнены в виде призм (параллелепипедов). Кроме того, большое количество переливных желобов 126 может быть взаимосвязано с другим внутренним оборудованием, например, направляющими перегородками или направляющими жидкость трубами. Указанное множество переливных желобов 126 может включать переливной желоб 130, который может быть типичным для переливных желобов 126, используемых в этом примере воплощения.

Переливной желоб 130 может содержать первую и вторую боковые стенки 132 и 134, отделенные друг от друга промежутком, проходящие по длине переливного желоба 130, соединенные на соответствующих концах с первой торцевой стенкой 136 и второй торцевой стенкой 138. Элемент 140, такой как нижний элемент или пластина 140, может быть присоединен к первой и второй боковым стенкам 132 и 134 и к первой и второй торцевым стенкам 136 и 138. Нижняя пластина 140 может иметь чередующиеся первую и вторую секции по длине переливного желоба 130, при этом первая секция 156 содержит одно или большее количество отверстий 152, обеспечивающих прохождение через них жидкости, а вторая секция (не показана) является непроницаемой для жидкости.

Во многих случаях ректификационная колонна 110 содержит несколько устройств 120, установленных в колонне 100 по вертикали одно над другим. Большое количество переливных желобов 126 каждого устройства 120 расположены в колонне 110, в общем, горизонтально. Как видно из сказанного выше, переливные желоба 126 каждого устройства 120 могут быть повернуты, как правило, на 90°, относительно переливных желобов 126 устройства 120, расположенного выше и/или ниже в колонне 110. В качестве альтернативы, переливные желоба 126 на каждом уровне могут быть расположены по высоте на одной линии с одним или большим количеством переливных желобов 126, размещенных на других различных уровнях. Примеры устройств 120, по меньшей мере, некоторые из которых размещены одно над другим, показаны и описаны в патентных документах US 5382390, US 6131891, US 7232115 B2, US 2007/013482 A1 и US 2007/0126134 A1.

На фиг.3 показан фрагмент первой секции 156 нижней пластины 140. Вообще, нижняя пластина 140 может содержать не разрывную часть 150 и разрывную часть 180. Не разрывная часть 150 может представлять собой тонкий лист металла, в котором образовано одно или большее количество отверстий 152, включающих, в том числе, первое отверстие 158. В рассматриваемом примере воплощения каждое из одного или более отверстий 152 может иметь форму 168 окружности, хотя может быть использована любая форма. Разрывная часть 180 может содержать один или более отдельных участков 182, включающих, в том числе, первый отдельный участок 184, имеющий периметр 186 и прикрепленный посредством некоторого количества узких соединительных перемычек 200. В некоторых предпочтительных воплощениях один или большее число отдельных участков 182 могут быть названы «выбиваемый элемент или элементы», и такая терминология может быть использована в дальнейшем.

Нижняя пластина 140 может быть изготовлена из любого подходящего материала, как правило, в зависимости от условий проведения обработки углеводородов. Примерами материалов могут быть углеродистая сталь, нержавеющая сталь, титан или сплав, включающий нержавеющую сталь, который представлен на рынке под торговой маркой MONEL компанией Inco Alloys International, Inc. Of Huntington, West Virginia. Нижняя пластина может быть изготовлена с помощью любого подходящего дыропробивочного или штамповочного пресса. В частности, материал, имеющий толщину 0,34 см, может быть подвергнут просечке с его смещением в пределах от 50% до 100%. Смещение материала, вообще, означает, что после просечки некоторая часть материала выдавливается ниже его нижней кромки. Для материала из листового металла толщиной 0,34 см смещение на 50% будет приводить к образованию выступающего вперед металла на 0,17 см ниже границы нижней поверхности листового металла. Предпочтительно смещение составляет 75% с тем, чтобы обеспечить возможность ручного удаления отдельных участков, и в то же время достаточную прочность для того, чтобы удерживать эти участки на месте при проведении технологических операций с углеводородами. Однако желательное смещение материала может изменяться в зависимости от сорта и толщины материала. Как правило, просечка приводит к образованию одной или большего числа перемычек, которые удерживают указанные отдельные участки внутри соответствующих отверстий.

На фиг.3 и фиг.6 тонкий лист 154 металла может образовать первое отверстие 158, имеющее обычно круговую форму 168. Находящийся внутри отверстия 158 первый отдельный участок 184 может иметь периметр 186, который в этом примере воплощения является круговым, хотя может быть использована любая форма, которая соответствует форме отверстия 158. Периметр 186 первого отдельного участка 184 может образовать одну или большее число линий надреза, предпочтительно большое количество линий 188 надреза, с не разрывной частью 150 тонкого листа 154 металла. В общем, периметр 186 и лист 154 металла могут образовать первую линию 192 надреза и вторую линию 194 надреза. Большое количество перемычек 200, а именно первая перемычка 204, имеющая первую длину перемычки, и вторая перемычка 208, имеющая вторую длину перемычки могут удерживать первый отдельный участок 184 внутри периметра 186. В этом предпочтительном воплощении первая и вторая перемычки расположены под углом друг относительно друга вследствие круговой формы отверстия 158 и участка 184. Вообще, перемычки 204 и 208 могут иметь некоторую длину вдоль периметра 186 окружности. Как правило, отношение длин, а именно, общей длины перемычек к длине периметра окружности составляет от 0,03:1 до 0,4:1 и предпочтительно от 0,05:1 до 0,2:1. Однако следует понимать, что количество и/или длина перемычек могут быть любыми.

На фиг.7 представлен фрагмент другого примера воплощения первого элемента 240, который может использовать другой вариант выполнения одного или большего количества отверстий 252. Как правило, одно или большее количество отверстий 252 могут представлять собой отверстие 258 первого элемента, имеющее овальную форму 268. Кроме того, один или большее число отдельных участков 282, в частности, отдельный участок 284 первого элемента может иметь овальную форму 288 и прикреплен к первому элементу 240 посредством большего количества перемычек 290.

Фиг.4 и фиг.5 демонстрируют фрагмент других примеров выполнения элементов 340 и 440. Эти элементы 340 и 440 иллюстрируют образцы элементов нижней пластины, имеющих отверстия, закрытые одним или большим количеством отдельных участков. В частности, в примерном элементе 340 внутренний участок 358 может быть не закрытым, в то время как внешний участок 362 может быть закрыт одним или большим количеством отдельных участков. В элементе 440 отверстия и отдельные участки могут быть размещены вперемежку 448. С увеличением требований по пропускной способности, эти отдельные участки могут быть удалены так, как это необходимо.

На фиг.8 представлен пример модификации нижней пластины 140. В частности, отдельный участок 184, показанный на фиг.3, удаляют с помощью ударного инструмента 520, такого, как молоток или киянка, по усмотрению, в сочетании с дыропробивающим элементом 530, таким, как пробойник, зубило, или перьевая отвертка. На фиг.8 показаны молоток 520 и пробойник 530. Нижняя пластина 140 может содержать один или большее количество отдельных участков 182, прикрепленных с помощью большого количества перемычек 200. Таким образом, в нижней пластине 140 могут быть легко произведены изменения с целью увеличения расхода жидкости через переливной желоб 130 путем удаления с помощью молотка 520 и пробойника 530, по меньшей мере, одного отдельного участка или выбиваемого участка 184, открывающего отверстие 158.

В качестве примера, на фиг.6 и фиг.8 нижняя пластина 140 из листового металла может иметь толщину 0,267 см и выполнена из углеродистой стали, имеющей предел прочности на разрыв равный 400 меганьютон/м².

Перемычки 204 и 208 могут иметь общую поверхность 0,084 см² и каждая имеет длину 0,32 см. Если первый отдельный участок 184 смещен (относительно нижней поверхности пластины) на 50%, усилие для удаления указанного участка 184 может составлять 3500 н. Если первый отдельный участок 184 смещен на 75%, то усилие для удаления участка 184 может составлять 1800 н.

Выбиваемые участки 182 прикреплены достаточно прочно для того, чтобы они не были непреднамеренно удалены в процессе осуществления операций по обработке углеводородов, и в то же время легко могли быть удалены за счет приложения ручного усилия с целью проведения быстрых переделок в колонне во время вынужденной остановки рабочего процесса. Это может способствовать быстрому приведению аппарата вновь в рабочее состояние и минимизировать время простоя оборудования.

Хотя выбиваемые участки были описаны как используемые в сочетании с нижней пластиной переливного желоба, следует понимать, что такие выбиваемые участки могут быть использованы и в других препятствиях для прохождения текучей среды, таких как тарелка перегонной колонны или полотно тарелки. Таким образом, выбиваемые участки могут быть использованы с тем, чтобы легко обеспечить повышение производительности оборудования в других операциях по переработке углеводородов, в частности, в таких, где желательно увеличить расход текучей среды (желательно жидкости), протекающей через сплошное препятствие.

Примеры

Нижеследующие примеры служат дополнительной иллюстрацией раскрытых воплощений. Эти иллюстрации воплощений не предназначены для ограничения пунктов формулы конкретными деталями из приведенных ниже примеров. Приведенные примеры могут быть основаны на инженерных расчетах и имеющемся производственном опыте проведения подобных технологических процессов.

Сравнительный пример 1

В переливном желобе имеются две пластины толщиной 0,19 см, при этом в каждой пластине образовано 60 отверстий, и каждое отверстие имеет диаметр 1,9 см. В переливном желобе размещена также V-образная перегородка для уменьшения кинетической энергии потока. Жидкость находится в переливном желобе последовательно на уровнях 5 см, 15 см и 25 см. На каждом из этих уровней жидкость проходит через переливной желоб.

Пример 1

Внутри переливного желоба размещены две пластины толщиной 0,19 см с отверстиями, занятыми отдельными участками. В переливной желоб никакую перегородку для снижения кинетической энергии не вводят. Жидкость находится в сливном стакане на различных уровнях, соответствующих 5 см, 15 см и 25 см. Измеряется общий расход жидкости через желоб. После поступления жидкости в указанный желоб никакой утечки жидкости через пластину при любом уровне жидкости не наблюдается.

Пример 2

В переливном желобе размещают две пластины толщиной 0,19 см, в каждая из которых образовано 60 отверстий, при этом каждое отверстие имеет диаметр 1,9 см, за исключением того, что некоторые отверстия заняты выбиваемыми участками по схеме, показанной на фиг.4. В переливном желобе размещена также V-образная перегородка для гашения кинетической энергии жидкости. Жидкость последовательно заливается в переливной желоб на уровни 5 см, 15 см и 25 см. На каждом из указанных уровней жидкость протекает через пустые отверстия, но не протекает через выбиваемые участки.

Пример 3

В переливном желобе размещают две пластины толщиной 0,27 см, при этом в каждой пластине образовано 60 отверстий, и каждое отверстие имеет диаметр 1,9 см, за исключением некоторых отверстий, занятых выбиваемыми участками по схеме, показанной на фиг.5. Перемычки, удерживающие один или более выбиваемых участков, расположены внутри переливного желоба лицевой стороной вверх. В переливном желобе размещена также V-образная перегородка для гашения кинетической энергии жидкости. Жидкость заливается в переливной желоб на уровни 5 см, 15 см и 25 см. На каждом уровне жидкость протекала через пустые незанятые отверстия, но не протекала через выбиваемые участки.

Пример 4

Четыре пластины из углеродистой стали, имеющие один или большее число отдельных участков, занимающих все отверстия переливного желоба, оставляют снаружи в течение некоторого периода времени. В частности, две из нижних пластин оставляют снаружи в течение трех месяцев, и две пластины оставляют на период шесть месяцев. В каждом случае отверстия, закрытые одним или большим количеством отдельных участков, сохраняют свою целостность и могут быть удалены с помощью молотка.

Без дальнейшей детализации описания считается, что специалист в данной области техники может, используя приведенное выше описание, использовать настоящее изобретение в его полном объеме. Описанные выше предпочтительные конкретные воплощения следует, таким образом, толковать лишь как иллюстративные и совершенно не ограничивающие каким-либо образом остальное описание изобретения.

Из приведенного выше описания специалист в данной области техники может легко установить существенные признаки изобретения и, без выхода за пределы его сущности и объема, произвести различные изменения и модификации с тем, чтобы приспособить его к различным случаям применения и условиям.

Изобретение предназначено для контактного взаимодействия газа и жидкости. Контактная тарелка содержит переливные желоба с нижней пластиной, включающей неразрывную часть, выполненную в виде тонкого листа металла, и разрывную часть, выполненную в виде, по меньшей мере, одного отдельного выбиваемого участка и предназначенную для ее удаления за счет приложения усилия с целью создания одного или большего количества отверстий, служащих для прохождения через них текучей среды. Технический результат: обеспечение эффективного контакта газа и жидкости. 8 з.п. ф-лы, 8 ил., 4 пр.

1. Контактная тарелка (120) для аппарата (100), предназначенного для контактного взаимодействия газа и жидкости, содержащая переливные желоба с нижней пластиной (140), включающей неразрывную часть (150), выполненную в виде тонкого листа (154) металла, и разрывную часть (180), выполненную в виде, по меньшей мере, одного отдельного выбиваемого участка (182), и предназначенную для ее удаления за счет приложения усилия с целью создания одного или большего количества отверстий (152), служащих для прохождения через них текучей среды.

2. Контактная тарелка (120) по п.1, отличающаяся тем, что неразрывная часть (150) содержит, по меньшей мере, одно отверстие (152).

3. Контактная тарелка (120) по п.1, отличающаяся тем, что неразрывная часть (150), выполненная в виде тонкого листа (154) металла, окружает каждое из указанных, по меньшей мере, одного отверстий (152) и, по меньшей мере, один отдельный выбиваемый участок (182).

4. Контактная тарелка (120) по п.2 или 3, отличающаяся тем, что каждый из, по меньшей мере, одного отдельного участка (182) имеет периметр (186), образующий с неразрывной частью (150) одну или большее число линий (188) надреза.

5. Контактная тарелка (120) по п.4, отличающаяся тем, что, по меньшей мере, один отдельный выбиваемый участок (182) включает первый отдельный участок (184), имеющий несколько перемычек 200, соединенных с неразрывной частью (150).

6. Контактная тарелка (120) по п.5, отличающаяся тем, что линии (188) надреза и перемычки 200 чередуются по периметру (186) первого отдельного участка (184).

7. Контактная тарелка (120) по п.5, отличающаяся тем, что отношение общей длины перемычек к длине периметра находится в интервале от 0,03:1 до 0,4:1.

8. Контактная тарелка (120) по п.3, отличающаяся тем, что каждое из, по меньшей мере, одного отверстия (152) и каждый из, по меньшей мере, одного участка (182) имеют круглую форму (168) или овальную форму (288).

9. Контактная тарелка (120) по п.1, отличающаяся тем, что нижняя пластина (140) изготовлена из углеродистой стали, нержавеющей стали или титана.