Контактное устройство для тепломассообменных аппаратов для систем пар(газ)-жидкость

 

Изобретение относится к массообменным устройствам для систем пар(газ) - жидкость и может быть использовано в нефтехимической, химической и других отраслях промышленности. Контактное устройство для массообменных аппаратов для систем пар(газ) - жидкость включает основание в виде листа с фигурными просечными отверстиями, перекрытыми контактными пластинами клапанов, снабженных направляющими с ограничителями их подъема, при этом в отличие от прототипа, контактные пластины клапанов выполнены конгруэнтными отверстиям в листе основания и жестко соединены с выполненными в виде балластного груза направляющими, дополнительно снабженными ограничителями опускания клапанов. Кроме того, контактные пластины клапанов могут быть выполнены из вырубков листа основания, образованных при просечке в нем отверстий. Дополнительно направляющие каждого клапана соединены с его контактной пластиной внахлест с образованием гарантированного зазора между контактной пластиной и полотном тарелки. 2 з.п. ф-лы, 4 ил.

Изобретение относится к тепломассообменным устройствам колонных аппаратов для систем пар (газ) жидкость и может быть использовано в нефтехимической, химической и других отраслях промышленности.

Известна конструкция контактного устройства в виде ситчатой тарелки с отбойными элементами на основе перфорированного (просечно-сжатого) листа см. пат. Великобритании N 1223612, кл. АLА. 1969 г. Недостатком известной конструкции является узкий диапазон эффективной и устойчивой работы контактного устройства. Этот недостаток обусловлен тем, что просечно-вытяжной лист основания тарелки имеет значительное свободное сечение, что приводит к необходимости для исключения провала жидкой фазы или предотвращения ее уноса, жестко выдерживать технологические параметры процесса.

Известны также контактные устройства, включающие основание с отверстиями для прохода жидкой фазы (пара, газа) и переливы для жидкости. Над отверстиями основания расположены пластинчатые клапаны с отогнутыми вниз лапками, которые размещены в отверстиях основания и выполняют роль направляющих и ограничителей подъема клапанов, см. А.С. СССР N 169061, кл. B 01 D 3/18, 1959, патент США N 3287004, кл. 137-512, 1963.

Недостатком этих устройств является сравнительно малоэффективное использование площади основания контактного устройства (тарелки), которое заключается в неравномерном распределении зоны ухода газовой фазы (пара/газа) между клапанами, в результате чего уменьшается свободное сечение тарелки и возрастает неравномерность по пару (газу) в зоне ухода, и как следствие возрастают гидравлическое сопротивление и межтарельчатый унос жидкости паром (газом).

Наиболее близким по технической сущности является выбранное за прототип контактное устройство, которое содержит основание в виде листа с фигурными просечными отверстиями перекрытыми контактными поверхностями клапанов, имеющими подобную отверстиям основания форму. Контактная поверхность каждого клапана выполнена заодно с направляющими, являющимися ограничителем подъема клапана. Вертикальное перемещение клапанов вниз под действием силы тяжести ограничивается их контактной поверхностью, которая заходит за контур отверстия на 2-3 мм.

Недостатком прототипа является то, что при плотном размещении клапанов на основании, заход части перекрывающей поверхности клапана за контур отверстия основания уменьшает зону ухода газа (пара), что увеличивает общее гидравлическое сопротивление тарелки и неравномерность распределения газа. Кроме того, из-за наличия градиента жидкости на полотне тарелки, клапаны одинаковой массы при работе открываются неравномерно, что снижает эффективность и производительность, а также сужает диапазон устойчивой работы при различных нагрузках по пару (газу).

Технической задачей, на решение которой направлено изобретение является повышение производительности, эффективности и расширения диапазона эффективной и устойчивой работы при одновременном снижении гидравлического сопротивления и материалоемкости.

Решение поставленной задачи обеспечивается тем, что в контактном устройстве для массообменных аппаратов для систем пар (газ) жидкость, включающем основание в виде листа с фигурными просечными отверстиями, перекрытыми контактными пластинами клапанов, снабженными направляющими с ограничителями их подъема, поверхности упомянутых контактных пластин выполнены конгруэнтными отверстиями в листе основания и жестко соединены с выполненными в виде балластного груза направляющими, дополнительно снабженными ограничителями опускания клапанов. Дополнительно для снижения материалоемкости контактные пластины клапанов могут быть выполнены из вырубков листа основания, образованных при просечке в нем отверстий. Кроме того, направляющие каждого клапана соединены с его контактной пластиной внахлест, с образованием гарантированного зазора между его контактной пластиной и полотном тарелки.

Технический результат, который может быть получен при реализации изобретения, заключается в том, что увеличивается эффективность массообмена и существенно снижается материалоемкость при изготовлении контактного устройства.

На фиг.1,2 представлена аксонометрия общего вида клапана (варианты выполнения); на фиг.3 фрагмент общего вида контактного устройства (вид сверху); на фиг.4 разрез А-А фиг.3.

Контактное устройство для массообменных аппаратов для систем пар (газ) - жидкость содержит основание 1 в виде листа с фигурными или прямоугольными просечными отверстиями 2, перекрытыми контактными пластинами 3 клапанов, снабженных направляющими 4 с ограничителями подъема 5 и ограничителями опускания 6. Контактная поверхность клапана выполнена конгруэнтной (т.е. раной) фигурному просечному отверстию 2 основания 1.

Клапаны контактного устройства выполнены составными, при этом их контактные пластины 3 выполнены из вырубков листа основания 1, а направляющие 4 жестко соединены с контактными поверхностями 3 внахлест посредством, например, контактной сварки. При этом со стороны глухих направляющих 4 каждого клапана, т.е. со стороны набегания жидкой фазы, контактные поверхности пластин расположены над ограничителями опускания 6 клапана, а с противоположной стороны, т. е. со стороны направляющей с окном 7 для прохода газовой фазы, упомянутые контактные поверхности расположены под ограничителями опускания 6 клапана или расположены также над ограничителями опускания. Это обеспечивает гарантированный косой или прямой зазор "а" между поверхностью основания и контактной поверхностью основания и контактной поверхностью клапана. Направляющие 4 выполнены в виде балластного груза, что позволяет оптимально по весу расположить клапаны по полотну основания в зависимости от расчетной высоты слоя жидкости в каждой точке основания, при этом клапаны меньшего веса расположены со стороны подачи жидкой фазы на полотно тарелки, а большего веса со стороны слива жидкости.

Работает устройство следующим образом.

Жидкая фаза поступает на контактное устройство и движется по основанию 1 от переливов к сливам (на черт. условно не показаны), одновременно снизу поступает газовая фаза, которая проходя через зазоры между контактными поверхностями 3 и полотном основания 1 тарелки, а также в зазоры между поверхностью клапана и выполненными на его поверхности просечными вытяжками (на черт. условно не показаны), вступает в контакт с жидкой фазой.

По мере увеличения расхода пара (газа) начинается подъем клапанов вплоть до упора ограничителей подъема 5 в полотно основания 1, при этом открывается окно 7 направляющей 4. Таким образом контактное устройство работает в слабо прямоточном и перекрестном режимах. За счет того, что направляющие 4 клапанов имеют разный вес и при монтаже контактного устройства клапаны устанавливаются таким образом, что вес каждого последующего клапана превышает вес предыдущего (за счет веса направляющих) на вполне определенную величину (в направлении от переливов к сливам), достигается равномерное распределение газовой фазы по поверхности основания 1. Это позволяет повысить эффективность массообмена и расширить диапазон устойчивой работы.

Повышению эффективности массообмена способствует также то, что контактные пластины клапанов конгруэнтны отверстиям в основании 1, что позволяет исключить перекрытие поверхностей основания и пластин клапанов, увеличить за счет этого площадь зоны ухода газовой фазы и снизить гидравлическое сопротивление.

Дополнительно существенно снижается металлоемкость при изготовлении контактного устройства, поскольку конгруэнтность контактных поверхностей и отверстий позволяет использовать для изготовления клапанов вырубки из основания.

Формула изобретения

1. Контактное устройство для тепломассообменных аппаратов для систем пар(газ) жидкость, включающее основание в виде листа с фигурными просечными отверстиями, перекрытыми контактными пластинами клапанов, снабженных направляющими с ограничителями их подъема, отличающееся тем, что контактные пластины клапанов выполнены из вырубков листа основания при просечке в нем отверстий и конгруэнтны этим отверстиям, при этом направляющие смежных клапанов выполнены разного веса, увеличивающегося от периферии к центру.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что направляющие каждого клапана соединены с его контактной пластиной внахлест с образованием гарантированного зазора между контактной пластиной и полотном тарелки.

3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что направляющие снабжены ограничителями опускания клапанов.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4