Контактное устройство для тепломассообменных аппаратов

 

Изобретение относится к контактным устройствам тарельчатого типа в тепломассообменных аппаратах, используемых в нефтегазоперерабатывающей, нефтехимической и других отраслях промышленности. Цель изобретения - упрощение конструкции и технологии ее изготовления, повышение эффективности за счет увеличения контактных зон. Цель достигается тем, что ленты выполнены плоскими и размещены с чередованием на верхней и нижней плоскостях трубной решетки в поперечном направлении труб со смещением кромок верхней ленты относительно нижней на величину не менее ширины ленты. Верхние и нижние ленты смещены одна относительно другой с зазором, равным 20-50% диаметра труб. Площадь поперечного сечения межтрубного пространства, заключенного между лентами , равна сумме площадей продольного сечения минимального зазора между трубами, С целью снижения гидравлического сопротивления ленты на верхней плоскости трубной решетки перфорированы в пределах труб. 3 з.п. ф-лы. 5 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я)з В 01 D 3/22

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4774459/26 (22) 28,12.89 (46) 07.10.91. Бюл, ¹ 37 (71) Центральное конструкторское бюро нефтеаппаратуры (72) Г.К.Зиберт, Ю.А.Арнаутов и А.С.Меренов (53) 66.015;23.05 (088.8) (56ИАвторское свидетельство СССР

N 335511555577, кл. В 01 D 3/22, 2.Авторское свидетельство СССР

¹ 627834, кл, В 01 О 3/22. э.Расчеты основных процессов и аппаратов нефтепереработки: Справочник. /Под ред. Е.Н.Судакова. — M.: Химия; 1979, с. 260. (54) КОНТАКТНОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ ТЕПЛО МАССО ОБМ Е Н Н ЫХ АППАРАТОВ (57) Изобретение относится к контактным устройствам тарельчатого типа в тепломассообменных аппаратах, используемых в нефтегазоперерабатывающей, нефтехимиИзобретение относится к контактным устройствам тарельчатого типа в тепломассообменных .аппаратах, используемых в нефтегаэоперерабатывающей, нефтехимической и других отраслях промышленности, Известен массообменный аппарат с провальными трубчато-решетчатыми тарелками, которые представляют собой ряд горизонтальных трубок, набранных в одной плоскости и образующих между собой щели.

Трубчато-решетчатые тарелки обладают сравнительно большой производительностью как по жидкой, так и по газовой фазам.

В связи с тем, что слив жидкости с тарелки происходит в те же щели, через которые проходит газ (пар), имеет место неорганизованный слив жидкости с поверхности тарелки (13.!

Ж,, 1681877 А1 ческой и других отраслях промышленности.

Цель изобретения — упрощение конструкции и технологии ее изготовления, повышение эффективности эа счет увеличения контактных зон. Цель достигается тем, что ленты выполнены плоскими и размещены с чередованием на верхней и нижней плоскостях трубной решетки в поперечном направлении труб со смещением кромок верхней ленты относительно нижней на величину не менее ширины ленты. Верхние и нижние ленты смещены одна относительно другой с зазором, равным 20-50 диаметра труб.

Площадь поперечного сечения межтрубного и растра нства, заключен ного между лентами, равна сумме площадей продольного сечения минимального зазора между трубами, С целью снижения гидравлического сопротивления ленты на верхней плоскости трубной решетки перфорированы в пределах труб. 3 э.п. ф-лы, 5 ил.

Недостатками такого массообменного аппарата являются узкий диапазон устойчивой и эффективной работы и сравнительно низкая эффективность разделения.

Известна колонна с расположенными внутри трубчато-решетчатыми тарелками с элементами подвода и отвода тепла, образующими между собой щели для прохода газа и жидкости. Щели для прохода газа выполнены с шириной, в 1,5-2 раза меньшей ширины щелей для прохода жидкости. Трубки тарелки снабжены по всей длине ребрами (21.

Недастатком такой конструкции является сложность технологии изготовления профилированных ребер и монтажа труб с соблюдением разной величины зазора между ребрами и разного шага расположения

1681877 ее прочности

10 труб. Кроме того, из-за неравномерного распределения газа и жидкости по длине щелей между трубами ухудшается эффективность массообмена, Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату являяется контактное устройство для тепломассообменных аппаратов, включающее основание, выполненное из труб в виде плоскопараллельной трубной решетки, снабженной гофрированной лентой, размещенной в зазоре между трубами, причем в смежных зазорах между трубами гофрированные ленты смещены друг относительно друга таким образом, что напротив верхних гофр в одном зазоре расположены нижние гофры в другом зазоре. Это обеспечивает более неравномерное распределение и направленное движение газожидкостных потоков, Таким образом, снабжение устройства гофрированной лентой. обеспечивающей секционирование зазора между трубами, расширяет диапазон устойчивой работы и повышает эффективность тепломассообмена. Однако барботаж газа через жидкость начинается в самом узком сечении — зазорах между трубами, где происходит задержка жидкости, т.е. на плоскости тарелки. Поверхность же гафр,расположенных ниже плоскости тарелки, не участвует в барботажном массообменном процессе. Жидкость стекает через зазоры. образованные этими гофрами и трубами, и скорости газа, поднимающегося вверх, недостаточно для поддержания части жидкости на малой поверхности нижней гофры для осуществления барботажа. Это связано с тем, что поверхность нижней гофры ограничена шириной зазора между трубами — живым сечением, максимально равным для провальной тарелки 20% всей ее площади (3). Через остальные 80 площади проходит газ, и скорость его в четыре раза менвше, чем в живом сечении.

Площадь сечения для входа газа в гофры и выхода из них также превышает живое сечение тарелки более, чем в четыре раза, так как имеются двухсторонний вход и выход газа.

Если h — высота гофр, — единичная длина, то при h более 0;5с1трубц верно выражение . 2h 1 > 0,2с1трубы 1, где коэффициент 2 в левой части неравенства учитывает двусторонний вход и выход газа. Таким образом, скорость газа на входе в гофры и выходе из них более, чем в четыре раза ниже скорости в живом сечении трубчатой тарелки. Достичь в известной конструкции второго узкого сечения, прлмерно

55 равного живому сечению трубчатой тарелки, невозможна.

Кроме того, крепление гофрированных лент к трубам осуществляется в точке без опоры, что сказывается на недостаточной жесткости конструкции и, следовательно, на

При закреплении лент между трубами имеют место неудобство и большая трудоемкость, т.е. технология изготовления такого контактного устройства сложна, Таким образом, техническая система (контактное устройство) находится в техническом противоречии. Гофрированная лента нужна. так как обеспечивает секционирование зазора между трубами и повышает эффективность работы устройства, и не нужна, так как часть этой ленты (нижние гофры) не участвуют в процессе массообмена, чта снижает эффективность работы устройства, а крепление ленты к трубам в точке без опоры снижает жесткость конструкциии и ее технологичность.

Идеальным конечным результатом является контактное устройство жесткой конструкции с более простой технологией его изготовления, обеспечивающее высокие показатели эффективности. Это может быть достигнуто при сохранении секционирования межтрубного пространства и обеспечении возможности барботажа на нижних гофрах, путем создания второго узкого сечения для прохода газа, примерно равного живому сечению трубчатой тарелки, а также при удобном и надежном закреплении лент на трубах. Это достигается расположением лент поперек труб поочередно сверху и снизу, что не лимитирует их ширину, а также возможностью их смещения друг относительно друга, Цель изобретения — упрощение конструкции и технологии ее изготовления и повышение эффективности за счет создания дополнительной зоны для контакта фаз.

Поставленная цель достигается тем, что в контактном устройстве для тепломасообменных аппаратов, включающем основание, выполненное из труб в виде плоскопараллельной трубной решетки или плоской архимедовой спирали с секционирующими межтрубное пространство лентами, согласно изобретению ленты выполнены плоскими и размещены с чередованием на верхней и нижней плоскостях трубной решетки в поперечном направлении труб со смещением верхней ленты относительно нижней на величину не менее ширины ленты, верхние и нижние ленты могут быть смещены друг относительно друга с образованием зазора, величина которого

1681877 составляет 20-50 от диаметра трубы, площадь поперечного сечения межтрубного пространства, заключенного между лентами, равна сумме площадей продольного сечения минимального зазора между трубами, а ленты на верхней плоскости трубчатой решетки перфорированы в пределах проекции труб, Выполнение лент контактного устройства плоскими упрощает их изготовление из стандартной полосы, облегчает технологию их закрепления на трубах, более удобную при закреплении лент на трубах сверху и снизу, чем между ними. Вместо прикрепления ленты к трубам в точке без опоры (крепление между трубами) лента крепится к трубам в точке с опорой на них по линии длиной, равной ширине ленты, это повышает жесткость конструкции и, следовательно, ее прочность.

В предложенном устройстве лента не ограничена величиной зазора между труба- ми (8-10 мм), может быть шире величины зазора между трубами в четыре и более раз, суммарное количество лент и ри этом уменьшается примерно в 4-5 раз, что снижает количество точек крепления лент и упрощает конструкцию. Это позволяет количество лент выполнить не равным количеству труб, а менее, что обеспечивает возможность получения требуемой площади входа и выхода газа между лентами, равной площади живого сечения тарелки. Размещение плоских лент с чередованием на верхней и нижней плоскостях трубной решетки в поперечном направлении труб обеспечивает секционирование межтрубного пространства, .сохраняя полезное свойство гофрированной ленты, и создает дополнительную поверхность для контакта газа и жидкости на лентах, закрепленных на трубах снизу, При этом слой жидкости на нижних лентах подпирается газом, идущим по каналам между трубами и нижними лентами, и этим обеспечивается барботаж газа через жидкость на этом участке. При смещении верхних и нижних лент относительно друг друга с образованием зазора между ними уменьшается гидравлическое сопротивление тарелки. Экспериментально и теоретически установлено, что наиболее эффективно осуществляется контакт газа и жидкости при величине смещения, равной не более 50% от диаметра трубы, так как в этом случае происходит контакт газа с жидкой пленкой, сливающейся с верхних лент.

При этом исключается прямой провал жидкости и прямой проход газа. При величине смещения более 50% от диаметра трубы может происходить провал жидкости между

15 трубами без контакта жидкости с газом, так как величина вылета струи жидкости может быть меньше зазора между лентами, а при величине смещения менее 20% от диаметра трубы увеличивается гидравлическое сопротивление тарелки и увеличивается количество лент и металлоемкость устройства. При смещении лент в пределах 20 от диаметра трубы относительно друг друга с образованием зазора требуется меньшее количество металла для изготовления плоских лент контактного устройства, устройство работает эффективно. Теоретически определен зазор между лентами исходя из таго, что он должен быть меньше или равен величине вылета ниспадающей струи у с высоты, равной диаметру трубы dip, т.е, равной расстоянию. между верхней и нижней лентами при постоянной высоте подпора жидкости, равной

20 0,4 бтр у=0,8 Ъ ЕК;

У=0,8 Àð б,р —— 0,8 ъ0,4 бгр 0.8 дрр, что подтверждено экспериментально. Экспериментально подтвержден и минималь25 ный зазор между лентами 0,2d>p, меньше которого происходит резкое увеличение гидравлического сопротивления тарелки при большей металлоемкости.

При равенстве площадей поперечного

30 сечения межтрубного пространства и суммы площадей продольного сечения минимального зазора между трубами (живое сечение) обеспечивается скорость газа, позволяющая задерживать жидкость на ниже35 расположенных лентах, так как она равна скорости газа в живом сечении тарелки.

Перфорация лент, расположенных на верхней плоскости тарелки в пределах проекции труб, исключает провал жидкости че40 рез отверстия, обеспечивая ее попадание через отверстия на поверхность труб и дополнительный контакт с газом, при этом гидравлическое сопротивление уменьшается..

45 На фиг.1 изображено предлагаемое контактное устройство, продольный разрез; на фиг,2 — то же, вид в плане; на фиг.3— схема движения потоков жидкости и газа на тарелке, продольный разрез; на фиг.4—

50 часть тарелки, аксонометрия; на фиг,5— межтрубное пространство, заключенное между лентами,и перфорация верхних лент в пределах проекции труб, поперечное сечение.

55 Предлагаемая тарелка состоит из трубчатого полотна 1, изготовленного из ряда параллельных труб с зазором между трубами, определяемым расчетно в зависимости от производительности тарелки на трубча1681877 том полотне,и под ним закреплены плоские металлические ленты 2 и 3 в поперечном направлении труб. Верхние ленты 2 смеще. ны относительно нижних 3 с образованием зазора между ними. Величина зазора между кромками лент составляет 20-50Д от диаметра трубы, Площадь поперечного сечения межтрубного пространства, заключенного между лентами, равна сумме площадей продольного сечения минимального зазора между трубами g F>,), Fz, Верхние ленты

2 перфорированы в пределах проекций труб.

Контактное устройство работает следующим образом.

Газ и жидкость проходят противотоком через одни и те же проходы между трубами.

При взаимодействии газа и жидкости на трубчатом полотне образуется слой газожидкостной смеси, которая стекает в проходы между трубами, омывая их.

На верхних и нижних лентах под действием газового потока снизу происходит дополнительная задержки жидкости (фиг.3) и вдоль кромок лент образуется сильнотурбулизованный слой, в котором также происходит массообмен между контактирующими фазами.

Таким образом, предлагаемое устройство позволяет улучшить условия контакта фаз за счет дополнительной зоны взаимодействия в проходных щелях между трубами, обеспечивающие повышение эффективности процесса. Кроме того, очевидно упрощение технологии изготовления и мохта>ка устройства по сравнению с известным, так как ленты выполнены плоскими и касаются труб не в точках, а по линиям, что упрощает их крепление, например, сваркой и обеспечивает прочность тарелок, которая необходима при сборке их в аппарате, так как они должны выдерживать нагрузки от

5 веса монтажников и веса монтируемых секций тарелок.

Формула изобретения

1. Контактное устройство для тепломассообменных аппаратов, включающее осно10 вание, выполненное иэ труб в виде плоскопараллельной трубной решетки или плоской архимедовой спирали с секционирующими межтрубное пространство лентами, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью

15 упрощения конструкции и технологии ее изготовления, повышения эффективности за счет увеличения контактных зон, ленты выполнены плоскими и размещены с чередованием на верхней и нижней плоскостях

20 трубной решетки в поперечном направле-. нии труб со смещением кромок верхней ленты относительно нижней на величину не менее ширины ленты.

2. Устройство по п.1, о т л и ч а ю щ е е25 с я тем, что верхние и нижние ленты смещены одна относительно другой с зазором, равным 20-50О диаметра трубы.

3. Устройство по п.1, о т л и ч а ю щ е ес я тем, что площадь поперечного сечения

30 межтрубного пространства, заключенного между лентами, равна сумме площадей продольного сечения минимального зазора между трубами.

4. Устройство по п.1, о т л и ч а ю щ е е35 с я тем, что, с целью снижения гидравлического сопротивления, ленты на верхней плосКосТН трубной решетки перфорированы в пределах труб.

1681877

Составитель С. Баранова

Редактор Н. Лазоренко Техред М.Моргентал Корректор Т. Палий

Заказ 3357 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", r. Ужгород, ул.Гагарина, 101