КЛАПАННАЯ ТАРЕЛКА ДЛЯ МАССООБМЕННЫХ АППАРАТОВ Российский патент 2024 года по МПК B01D3/16 

Изобретение относится к конструкциям клапанных тарелок, устанавливаемых в колонных аппаратах нефтеперерабатывающей, химической, нефтехимической, газовой и других отраслей промышленности, и предназначено для обеспечения эффективного массообмена в процессах ректификации, абсорбции, хемосорбции и отпарки.

Известна клапанная тарелка [1], включающая полотно с отверстиями и установленными в отверстиях полотна клапанами. Взаимодействие фаз происходит в локальном перекрестном токе в результате прохода газа (пара) через отверстия в полотне тарелки, барботаже потока жидкости, стекающего по полотну тарелки. Недостатком известной конструкции клапанной тарелки является отсутствие элементов, способствующих коалесценции увлеченной с газом (паром) жидкости, что приводит к брызгоуносу жидкости с поднимающимся газом (паром) на вышележащую тарелку, в отдельных случаях доходящим до 20% от массы жидкости. Другим недостатком является провал жидкости через отверстия в полотнах под клапаны, также достигающий в неоптимальных условиях значительных величин. По дну тарелки течет, пусть и тонкий, но не вспененный поток жидкости, который частично проливается (проваливается) через края отверстий под клапаны, не проходя всего пути по тарелке и, как следствие, не в полной мере контактируя с поднимающимся паром, возникает байпасирование непроконтактирующей жидкости. Оба эти недостатка снижают коэффициент полезного действия тарелки и как следствие приводят к необходимости увеличивать число тарелок в колонном аппарате, и в результате повышается масса и габариты колонных аппаратов. Также приходится увеличивать холодное орошение и паровой поток в низу колонны, что приводит к увеличению энергетических затрат. Поэтому разработка конструкций, позволяющих снизить брызгоунос на клапанных тарелках и уменьшить снижение коэффициента полезного действия тарелки в результате провала жидкости в колонных аппаратах, является актуальной задачей.

Стремление устранить указанные выше недостатки клапанных тарелок привело к разработке конструкции по предлагаемому изобретению.

Технической задачей, решаемой изобретением, является снижение брызгоуноса и повышение эффективности массообмена на клапанных тарелках.

Технический результат достигается тем, что под отверстия полотна клапанной тарелки устанавливаются каплеулавливающие-массообменные устройства, изготавливаемые из сетки, из просечно-вытяжного или листа металла с высверленными отверстиями. Например, но, не ограничиваясь, каплеулавливающие-массообменные устройства могут быть изготовлены из сетки, сплетенной из нержавеющей проволоки диаметром 1 мм, имеющей внешнюю ячейку 5×5 мм и свободное пространство 3×3 мм. Каплеулавливающие-массобменные устройства могут быть выполнены в виде цилиндров с донышком, в виде конусов с вершиной вниз, в виде фигур вращения на основе плоскости в виде английской буквы W, в виде уголков-желобов с вершиной вниз, в виде желобов с профилем английской буквы W, в виде расположенной ориентировочно горизонтально под пдлотном клапанной тарелки сетки в один или несколько слоев. Внутрь желоба в виде профиля английской буквы W с невысокой средней вершиной может быть вставлен уголок-желоб с вершиной с вершиной, опущенной вниз, соприкасающийся со средней вершиной желоба в виде профиля английской буквы W и опирающийся краями на стенки первого желоба. Уголок-желоб с вершиной вниз может иметь угол между сторонами желоба от 15° до 75°, в который может быть установлен второй уголок-желоб с углом между сторонами от 90° до 120°. Торцы желобов могут быть закрыты полотном сетки, просечно-вытяжным листом, сплошной пластиной или пластиной с отверстиями. Внутри желоба в виде профиля английской буквы W может располагаться горизонтально расположенная сетка или просечно-вытяжной лист. Каплеулавливающие-массобменные устройства могут перекрывать пространство под группой отверстий под клапаны на тарелке с расположением вдоль или поперек движения жидкости. Под полотном клапанной тарелки может располагаться одно общее каплеулавливающее-массобменное устройство на все отверстия в полотне. Каплеулавливающее-массобменное устройство может быть выполнено в виде низкого цилиндра, размещенного под всей рабочей поверхностью клапанной тарелки. Каплеулавливающее-массобменное устройство может быть выполнено с рядом понижений в виде конусов или желобов с вершинами вниз для лучшего сбора жидкости. Каплеулавливающее-массобменное устройство может быть выполнено в виде расположенной ориентировочно горизонтально под полотном клапанной тарелки сетки в один или несколько слоев.

Конструкция клапанной тарелки по предлагаемому изобретению позволяет перекрыть пространство под отверстием в полотнах тарелки для клапана, обеспечить улавливание капель, содержащихся в газе (паре), поднимающемся к отверстию, и возвращение их на нижележащую тарелку, обеспечить дополнительный массообмен на развитой поверхности контакта взаимодействующих фаз между проваливающейся частью жидкости и поднимающимся паром.

Ниже изобретение поясняется на чертежах.

На фиг.1 представлен вид сечения в вертикальной плоскости клапанной тарелки, под полотном 1 которой размещаются каплеулавливающие-массобменные устройства 2 разного исполнения: фиг.1а - в виде цилиндров с донышком, фиг.1б - в виде конусов с вершиной вниз или уголков желобов с вершиной вниз, фиг.1в - в виде фигур вращения на основе плоскости в виде английской буквы W или желобов с профилем английской буквы W.

На фиг.2 представлены виды клапанной тарелки, под полотном 1 которой размещаются каплеулавливающие-массобменные устройства 2 разного исполнения: фиг.2а - внутри желоба в виде профиля английской буквы W расположен уголок-желоб с вершиной, опущенной вниз, фиг.2б - внутри уголка-желоба с вершиной вниз с углом между сторонами желоба от 15° до 75° установлен второй желоб с углом между сторонами от 90° до 120°, фиг.2в - внутри желоба в виде профиля английской буквы W располагается горизонтально расположенная сетка или просечно-вытяжной лист.

На фиг.3, 4 представлены виды клапанной тарелки, под полотном 1 которой размещаются каплеулавливающие-массобменные устройства 2 разного исполнения, перекрывающие пространство под группой отверстий под клапаны на тарелке.

На фиг.5, 6 представлены виды клапанной тарелки, под полотном 2 клапанной тарелки располагается одно общее каплеулавливающее-массобменное устройство 2 на все отверстия в полотне.

На фиг.7 представлен вид клапанной тарелки с каплеулавливающим-массобменным устройством 2, выполненным в виде расположенной ориентировочно горизонтально под полотном 1 клапанной тарелки сетки в один или несколько слоев.

На клапанной тарелке жидкость течет по полотну тарелки, газ (пар) поступает снизу на полотно тарелки и проходит через отверстия в полотне, поднимает клапаны, барботирует жидкость на полотне, создает вспененный слой жидкости. Увлеченная с газом (паром) жидкость попадает на каплеулавливающее-массобменное устройство, где происходит коалесценция капелек жидкости и возврат их на нижележащую тарелку. Провалившаяся с тарелки жидкость улавливается на каплеулавливающем-массобменном устройстве, где происходит ее массообмен с потоком газа (пара).

Конструкция клапанной тарелки для массообменных аппаратов по изобретению позволяет обеспечить коалесценцию увлеченной с газом (паром) жидкости и возврат ее на нижележащую тарелку, и обеспечить массообмен провалившейся с тарелки жидкости с потоком газа (пара) с повышением коэффициента полезного действия клапанной тарелки.

Литература:

1. Патент №2276617, B01D 3/30, B01D 3/16, опубл. 20.05.2006 г., БИ №14.

Изобретение относится к конструкциям клапанных тарелок, предназначенных для процесса массообмена. Клапанная тарелка для массообменных аппаратов включает полотно с отверстиями, в которые вставлены клапаны. Под отверстиями в полотне установлены каплеулавливающие массообменные устройства, изготовленные из сетки, или просечно-вытяжного листа, или листа металла с высверленными отверстиями, или под полотном клапанной тарелки установлено одно общее каплеулавливающее устройство на все отверстия в полотне, состоящее из одного или нескольких слоев сетки, расположенных горизонтально. Техническим результатом является снижение брызгоуноса и повышение эффективности массообмена на клапанных тарелках. 8 з.п. ф-лы, 7 ил.

1. Клапанная тарелка для массообменных аппаратов, включающая полотно с отверстиями, в которые вставлены клапаны, отличающаяся тем, что под отверстиями в полотне установлены каплеулавливающие массообменные устройства, изготовленные из сетки, или просечно-вытяжного листа, или листа металла с высверленными отверстиями, или под полотном клапанной тарелки установлено одно общее каплеулавливающее устройство на все отверстия в полотне, состоящее из одного или нескольких слоев сетки, расположенных горизонтально.

2. Клапанная тарелка для массообменных аппаратов по п.1, отличающаяся тем, что каплеулавливающие массообменные устройства выполнены в виде конусов с вершиной вниз.

3. Клапанная тарелка для массообменных аппаратов по п.1, отличающаяся тем, что каплеулавливающие массообменные устройства выполнены в виде фигур вращения на основе плоскости в виде английской буквы W.

4. Клапанная тарелка для массообменных аппаратов по п.1, отличающаяся тем, что каплеулавливающие массообменные устройства выполнены в виде уголка-желоба с вершиной вниз.

5. Клапанная тарелка для массообменных аппаратов по п.1, отличающаяся тем, что каплеулавливающие массообменные устройства выполнены в виде желобов с профилем английской буквы W.

6. Клапанная тарелка для массообменных аппаратов по п.5, отличающаяся тем, что внутри первого желоба в виде профиля английской буквы W с невысокой средней вершиной вставлен уголок-желоб с вершиной, опущенной вниз, соприкасающийся со средней вершиной желоба в виде профиля английской буквы W и опирающийся краями на стенки первого желоба.

7. Клапанная тарелка для массообменных аппаратов по п.4, отличающаяся тем, что внутрь первого уголка-желоба с вершиной вниз с углом между сторонами желоба от 15° до 75° установлен второй уголок-желоб с углом между сторонами от 90° до 120°.

8. Клапанная тарелка для массообменных аппаратов по пп. 4-6 или 7, отличающаяся тем, что торцы желоба закрыты полотном сетки, просечно-вытяжным листом, сплошной пластиной или пластиной с отверстиями.

9. Клапанная тарелка для массообменных аппаратов по п.5, отличающаяся тем, что внутри желоба в виде профиля английской буквы W располагается горизонтально расположенная сетка или просечно-вытяжной лист.