Тарелка для массообменных аппаратов Советский патент 1989 года по МПК B01D3/30 

Йзобретение относится к конструкциям контактных таредрк, которые могут применяться в колонньк аппаратах, предназначенных для проведения массообменных процессов - ректификаци, абсорбции и др.

Известна тарелка для контактирования газа с жидкостью, включающая перфорированный (ситчатый) горизонтальный лист с переливным устройством и клапанами. Клапан закреплен на двух стержнях, пропущенных через отверстия ситчатого листа, «а свободных концах стержней установлены ограничители хода клапана.

К недостаткам тарелки относятся: отсутствие стабилизированного, т.е. строго определенного, не осложненного колебаниями (пульсациями) рабочего положения клапана, соответствующего

.рпределенной скорости пара (нагрузке по пару), пульсации (автоколебания) клапана, возникающие из-за крат.ковременных изменений скорости пара (последнее характерно для всех массо00 00 обменных колонн) и являющиеся одной из причин снижения эффективности тарелки в области средних нагрузок по

ел пару из-за увеличения провала жид- . кости и неравномерного распределения ее на тарелке} недостаточное время пребывания жидкости на тарелке при работе на высоких нагрузках по пару; сложность монтажа клапанов на -горизон{тальном-перфорированном листе тарелки, поскольку требуется ивдивидуальная постановка каждого клапана в отверс1 тиях листа с последу рщей регулировкой,

: Известна контактная тарелка для массообменНых аппаратов, включающая горизонтальный перфорированный лист (основание с отверстиями). Над отверетиями листа расположены прямоточные клапаны и ограничительные элементы Клапан выполнен в виде части полого цилиндра, .обращенного выпуклой поверх ностью в сторону отверстия листа (основания). Кромки отверстий, над которыми расположены клапаны, отогнуты вниз. На поверхности клапана выполне- ны отверстия, кроме того клапан снабжен ограничителями хода, Однако в указанной тарелке отсутствует стабилизированное рабочее поло жение клапана в плавающем режиме, т.е.при отрыве от поверхности листа, не соприкасается с ним, но еще не упи рается в него ограничителями хода,В .это время он подвержен пульсациям (ав токолебаниям), что приводит к провалам жидкости, и, как следствие к уменьшению поверхности контакта: .фаз (жидкости и пара), т.е. к снижению эффективнос(и работы тарелки. Констп рукция клапана не исключает заклинивания его в отве|эстии основания, в результате чего тарелка начинает работать с постоянным свободным сечением. В этом случае работа тарелки становится аналогичнбй работе ситчатой (струйиой) без клапанов тарелки, т-.е. с меньшим диапазоном скоростей пара, которым соответствует высокоэффективная работа тарелки. Кроме того, в ука занной тарелке сложный монтаж клапанов на ееосновании. Известна клапанная тарелка, со-держащая горизонтальный лист с про- резями, над которыми рядами установлены клапаны одного ряда открьшаются в одну сторожу, а клапаны другого ряда - в другую. Все клапаны открьшаются, пропуская пар в направлении, перпевдикулярном направлению движения жидкости на тарелке; На рабочей по- . верхности каждого клапана выполнены прорези, направленные в сторону, противоположную их открытию. Однако в такой тарелке остутствуёт стабилизация рабочего положения клапана во всем диапазоне изменений скоростей пара, провалу жидкости с тарел ки, уменьшению поверхности контакта пара и жидкости, снижению эффектив/ ности работы : тарелки-. Кроме того, имеется большая вероятность заклинивания клапанов в отверстиях (пр : резях) листа (основания), а также сложность монтажа клапанов. Известна .тарелка, для маесообменных аппаратов,-включающая основание ,с отверстиями и размещенные над ними клапаны в виде двух пластин, расположенных под углом одна к другой и соединенных между собой, и отбойные пластины. Однако в такой- тарелке диапазон рабочих скоростей невысок. Кроме того, в ней отбойные пластины не позволяют задерживать жидкость на тарелке, что приводит к снижению эффективности. Цель изобретения - повьгшение эффективности путем уменьшения волнообразования жидкости на тарелке, расширения диапазона скоростей пара и упрощения монтажа. Для этого в тарелке, включающей основание с отверстиями и размещенные над ними клацаны в виде двух пластин, расположенных под углом одна к другой и соединенных меящу собой, и отбойные пластины, последние установлены вертикально и закреплены по линии соединения пластин клапана. Целесообразно отбойные пластины выполнять перфорированными с пазами и клапаны устанавливать в пазах пластин. . На фиг. I показана контактная тарелка в плане; на фиг. 2 - клапанный узел Г .(масштаб увеличен); на фиг. 3 положение клапана в рабочем состоянии при высоких нагрузках пара. - На всех фигурах стрелкой-«-обозначено движение пара. (газа, стрелкой-- движение жидкости. Контактная тарелка содержит перфорированный горизонтальный лист 1, отбойные пластины 2 и ряд поворотных клапанов 3. Каждый клапан 3 выполнен в виде пластины, разделенной линией гиба 4 на две части 5 и 6:, расположенные под углом oi одна к другой. Клапан 3 закреплен на перфорированном листе 1 по линии гйба 4. Тарелка имеет приемньй карман i и сливной карман 8 со сливной трубой 9. Клапан снабжен ограничителем хода . 10. В нижней части прорезей II пластины 2 расположёны клапаны 3, приче.н пластина жестко закреплена на листе 1 тарелки по линиям гиба 4 клапанов 3. В пластине 2 вьпюлнены отверстия 12. Угол между частями 5 и 6 клапана 3 выбирается равным 100-120, а отношение площадей этих частей принимается равным от 1:2 до 1:3. Углы передней кромки большей час.ти 6 клапана 3 отогнуты в направлени перфорированного . листа 1: так, что между -передней кромкой клапана 3 и перфорированным листом I образуется гарантированный зазор 13. Конструкция тарелки позволяет устанавливать пластину 2 вдоль течения жидкости которые выполнены йерфорированньши и с пазами, а клапаны 3 в любом направлении плоскости перфорированного- листа . Тарелка работает следующим образом.. Пар (газ) поступает на тарелку снизу и переходит через отверстия пе форированного листа 1. Жидкость по тарелке движется в направлении сливн го кармана 8. Тарелка начинает работать аналогично ситчатой (б.ез клапанов). При малых нагрузках по пару энергии, выходящих из отверстий листа 1 струй пара недостаточно для.пре одоления веса клайанов 3, которые остаются на поверхности перфорирован ного листа 1 (см. фиг. 3). Пластины 2 существенного сопротивления жидкое ти не оказьюают, а меньшая по площади часть.5 клапана 3 в результате динамического взаимодействия с даром создает незначительное усилие закрытия клапана 3 и пар несущественно отклоняется от основного (вертикального) направления движения. При этом пар проходит только через незакрытые клапаном отверстия листа 1. По мере увеличения нагрузки по па ру, а, следовательно и скорости его, возрастает энергия струй пара, выходящих из незакрытых клапанами 3 отве стий листа 1, и при некоторой величине скорости пара клапаны 3 начинаю открываться и тем больше, чем выше скорость движения пара. Соответствен но увеличивается свободное (для пррхрда пара) сечение тарелки. Наличие зазоров 13 меаду перфорированным листом 1 и клапаноЙ 3 обеспечивает их плавнЪе открытие. Пар на чинает выходить из находящихся под клапанами 3 отверстий листа I и,:ОТражаясь от поверхности клапанов S, урлекает за собой жидкость в направл нии сливного кармана 8. При динамическом взаимодействии напращ1енногЬ паро-жйдкостного потока и пластин 2 улучшается c&napavfiK жидкости и парё увеличивается задержка жидкости на тарелке и снижается ее перемешивание в пределах всей тарелки, уменьшается воднообразование жидкости на тарелке. Отклоненный (против направления течения жидкости) меньшей частью 5 клапанов 3 паровой поток создает дополнительную турбулизацию паро-жидкостного слоя, более равномерно распределяет его между пластинами и совместно с последними способствует увелщ.ению времени пребьтания жидкости на тарелке. Провал жидкости с тарелки, а также неравномерное ее распределение по тарелке и пара по сечению колонны за счет клапанов практически исключены, Пар одновременно действует на обе части 5 и 6 клапана 3. При этом моменты от сил давления пара уравновешиваются статическими моментами от масс частей 5 и 6 клапана 3, В результате клапан 3 занимает.соответствующее этому условию положение. При пульсациях скоро.стей пара давление его меняется практически одновренменно и одинаково на обе части клапана 3. В соответствии с условием равенства моментов от действующих сил пар измег няет положение, но автоколебаний клапана 3 при этом не наступает, как это характерно для клапана с односторонним открытием из-за быстрого перераспределения действующих на части клапана 3 моментов сил (принцип обратной связи). Рабоч положение клапана 3 стабилизируется. Стабилизация рабочего положения сохраняется во всем диа пазоне углов открытия клапана т.е. во всем диапазоне .изменений принятых рабочих скоростей пара. С увеличением открытия клапана 3 возрастает усилие открывания так как . астет и ;эакрьюающее усилие от меньшей части 5. Таким образом, изменение угла открытия клапана в завнсиости от скорости (давления) пара (характеристика клапана) происходит медленно,, .т.е. улучшается характеристика клапана 3. Благодаря стабилизации рабочего оложения клапана тарелка высокоэфективно работает при высоких нагрузках по пару. Предлагаемая тарелка обладает слеующими преимуществами: повышается

эффективность процесса массопереноса при контактировании пара и жидкости во всем диапазоне углов открытия клапана, расширяется диапазон скоростей пара, соответствующих стабилизированной работе клапана; сводится до минимума провал жидкости с тарелки и улучшается распределение паро-жидкостного слоя, т.е. создается его дополнительная турбулизация; упрощается монтаж клапанов т}а плоскости перфорированного листа при размещении их под пластиной в ее.пазах; исключается заклинивание клапана.

Фие.1

1. ТАРЕЛКА ДЛЯ ИАССООБМЕННЫХ АППАРАТОВ, включающая основание с от§V ;iP n :ft ййЕЯММЕЕй; ; ; ВИБЛИЭТЕКЛ верстиямии размещенные над ними клапаны в виде двух пластин, расположенных под углом однаг к другой и со-.л единенных между собой и отбойные плас/тины, о тли чающая ся тем, что, а целью повьшения эффективности путем уменьшения волнообразования жидкости на Тарелке, расширение диапазона скоростей пара и упрощения монтажа, отбойные пластины установлены вертикально и закреплены по линии соединений пластин клапана. 2. Тарелка по п. 1, отличающая с я тем, что отбойные пластины выполнены перфорированными и с пазами и клапаны установлены в их пазах.