Клапанная тарелка Советский патент 1984 года по МПК B01D3/30 

Изобретение относится к тепло-массообменным устройствам и может найти применение в любых тарельчатых колонных аппаратах, в частности в процессах ректификации, абсорбции, экстракции и др. Известно контактное устройство для массообменных процессов, выполненное в виде диска, снабженного лопастным колесом, расположенным в подтарелочном пространстве 1. К недостаткам данной конструкции следует отнести наличие застойной зоны жидкости на полотне тарелки, глубина которой определяется высотой вертикальной трубы, размещенной в отверстии тарелки. Жидкость в указанной зоне не может контактировать с газом. Кроме того, устройство сложно по конструкции и в монтаже. Известна клапанная тарелка, клапан которой представляет собой диск со щелями в различных по уровню плоскостях. Щели расположены тангенциально к концентрическим окружностям, а сам диск перемещается в вертикальном направлении 2. Недостатком этой конструкции является то, что жидкость над центральной зоной клапана не участвует в процессе контактирования с газом, а также не устранена возможность прикипания клапана к полотну тарелки. Наиболее близким по технической сущности к предлагаемой тарелке является кон тактное устройство, включающее полотно тарелки с отверстием с отогнутыми вниз лепестками, над которыми расположены дисковые клапаны с лопастями, ограничители перемещения 3. Конструкция контактного устройства не обеспечивает эффективного развития поверхности контакта газа и жидкости при малых нагрузках по газу, поскольку эжектирующее действие отверстий в клапане не существенно. Кроме того, известному устройству присущи недостатки тарелки с дисковым клапаном. Цель изобретения - повыщение эффективности тарелки путем увеличения поверхности контакта фаз. Поставленная цель достигается тем, что в тарелке, содержащей полотно с отверстиями с отогнутыми вниз лепестками над которыми расположены дисковые клапаны с лопастями и ограничители перемещения, лопасти клапана выполнены в виде части сегмента, образованного двумя хордами с просечкой, кромки которого отогнуты в надклапанное пространство в сторону, противоположную лепесткам полотна тарелки. С целью эжектирОвания жидкости, находящейся над клапаном, при малых нагрузках по газу, диск клапана выполнен с окнами с отогнутыми в надклапанное пространство лепестками к его периферии. Клапай установлен на оси с возможностью вращения. На фиг. 1 изображена предлагаемая тарелка, продольный разрез; на фиг. 2 - направляющий аппарат, вид снизу; на фиг. 3 клапан, вид сверху. Тарелка содержит полотно 1, снабженное отверстиями 2 с отогнутыми вниз лепестками 3, которые образуют направляющий аппарат. Клапан 4 свободно посажен на ось 5 и может относительно последней соверщать вращательное и поступательное движения. Диск клапана 4 имеет лопасти 6, отогнутые в надклапанное пространство, а также окна 7, имеющие лепестки 8 над ними. Ось 5 крепится в центре направляющего аппарата с помощью двух стопорных щайб 9. Аналогичная стопорная щайба, вставленная в паз 10 на оси, ограничивает максимальный подъем клапана. Клапанная тарелка работает следующим образом. В нерабочем состоянии клапан 4 находится в крайнем нижнем положении и опирается на стопорную щайбу 9. Благодаря щайбе между клапаном 4 и полотном 1 тарелки сохраняется зазор, что предотвращает прикипание клапана к полотну. Газовый поток, проходя через отверстия 2 направляющего аппарата, рассекается на отдельные струи и закручивается. Окна 7 с отогнутыми лепестками, расположенные симметрично в центральной части диска клапана, предназначены для вовлечения жидкости, расположенной над клапаном, в процесс контактирования с газовой фазой. При низких нагрузках газовый поток, проходя через окна 7, эжектирует находящуюся над клапаном 4 жидкость и перемещает ее по клапану от его центра к периферии. Вследствие этого жидкость над клапаном, взаимодействует с газовым потоком в момент эжекции и, переместивщись в периферийную зону, активно участвует в контактировании с газовым потоком, проходящим между лопастями клапана 4. С увеличением нагрузки по газовой фазе клапан 4 начинает вращаться вокруг оси 5 и благодаря наличию лопастей б, отогнутых в пространство над клапаном, возникает насосный эффект, обеспечивающий все более активное перемещение жидкости от центра клапана к периферии. Таким образом, окна 7 интенсифицируют контактирование фаз при малых нагрузках по газу когда клапан не вращается, а насосный эффект лопастей клапана отсутствует. Это расщиряет диапазон эффективной работы таре,1ки. Следовательно, окна 7 являются одним из необходимых условий для решения поставленной задачи.

Наличие окон 7 послужило тому, что лопасти клапана 4 расположены не радиально, а по хорде. Это, в свою очередь, позволяет взаимно расположить лопасти клапана 4 и лепестки направляющего аппарата 3 так, что газовые струи, образовавшиеся в направляющем аппарате 3, набегают на лопасти клапана 4 под прямым углом. В результате лобового удара ctpyи газа о поверхность лопасти сила, вызывающая вращение клапана 4, получается максимальной.

Лопасти клапана 4, выполнены в виде части сегмента, образованного двумя хордами с просечкой, кромки которого отогнуты в надклапанное пространство в сторону, противоположную лепесткам полотна тарелки. Больщей хордой сегмент примыкает к полотну клапана 4, а меньшей хордой он обращен в пространство над клапаном 4. Ширина образованной таким образом лопасти, увеличивается в направлении от центра сегмента к его дуге.

Предлагаемая форма лопасти по сравнению с другими (например, с прямоугольной) позволяет удалить центр тяжести лопасти, являющийся местом приложения вращательной силы, от центра клапана и тем самым увеличить вращательный момент. Следовательно, эта мера направлена на обеспечение вращения клапана при невысоких нагрузках по газу. Кроме того, достигнут выигрыш в технологии изготовления клапана, так как для формирования лопасти выполняется всего одна просечка, а не две, как, например, при прямоугольной лопасти.

С увеличением скорости газа, набегающего на лопасти клапана, вращение последнего усиливается, и, кроме того, клапан поднимается над полотном тарелки. Высота подъема клапана зависит от расхода газовой и жидкой фаз и ограничивается стопорной щайбой на оси.

Закручивание газа в направляющем аппарате, последующее его взаимодействие с вращающимся клапаном вынуждают газ в зоне контакта с жидкостью двигаться практически параллельно полотну 1 тарелки, а это обеспечивает малый межтарельчатый брызгоунос. Такое движение газа, сопровождающееся активным диспергированием жид5 кости, находящейся под клапаном, приводит к встречному соударению струи из-под соседних клапанов. Благодаря этому возникает интенсивная турбулизация газожидкостного слоя на тарелке, порождающая высокоразвитую поверхность контакта фаз и обеспечивающая эффективный тепло-массообмен между газом и жидкостью.

Вращение клапанов позволяет создать на тарелке направленное движение жидкос5 ти от перелива к сливному порогу. Это, как известно, снижает градиент жидкости на тарелке в указанном направлении и обеспечивает более равномерную работу всех клапаном.

Конструкция предлагаемой тарелки отличается простотой что гарантирует дешевизну изготовления и последующего монтажа.

8

X

Фиг.З

1. КЛАПАННАЯ ТАРЕЛКА, содержащая полотно с отверстиями с отогнутыми вниз лепестками, над которыми расVf положены дисковые клапаны с лопастями и ограничители перемещения, отличающаяся те.м, что, с целью повыщения эффективности тарелки путем увеличения поверхности контакта фаз, лопасти клапана выполнены в виде части сегмента, образованного двумя .хордами с просечкой, кромки которого отогнуты в надклапанное пространство в сторону, противоположную лепесткам полотна тарелки. 2.Тарелка по п. 1, отличающаяся тем, что, с целью эжектирования жидкости, находящейся над клапаном, при малых нагрузках по газу, диск клапана выполнен с окнами с отогнутыми в надклапанное пространство лепестками к его периферии. 3.Тарелка по п. 1, отличающаяся тем, что клапан установлен на оси с возможностью вращения. /////: /