Массообменный аппарат (варианты)

Полезная модель относится к конструкции абсорбционных и ректификационных колонн и обеспечивает повышение эффективности массообмена в массообменном аппарате, может быть использована в газовой, нефтяной, нефтехимической и других отраслях промышленности.

Устройство по первому варианту содержит корпус, по меньшей мере, два основания тарелки с отверстиями для прохода газа (пара), каждое из которых имеет приемное устройство с переливной планкой, сливное устройство со сливной планкой, нижний торец которой установлен в приемном устройстве нижерасположенного основания, распределительное устройство, установленное на основании вдоль переливной планки, представляющее собой решетку, выполненную из продольных и поперечных полос, причем длина решетки, по меньшей мере, равна длине переливной планки, на основании тарелки установлен нижний торец решетки, а продольная полоса решетки, следующая за ее торцом, расположена выше верхней кромки переливной планки.

По второму варианту распределительное устройство представляет собой решетку, выполненную из продольных и поперечных полос, при этом длина решетки, по меньшей мере, равна длине приемного устройства, которое выполнено в виде заглубленного относительно основания тарелки кармана, при этом нижний торец решетки установлен на основании, вдоль кромки кармана, а верхний торец решетки установлен на расстоянии, по меньшей мере, равном половине расстояния между основаниями тарелок.

Кроме того, по первому и по второму вариантам продольные полосы решетки могут быть установлены под острым углом к основанию по направлению от переливной планки, а поперечные полосы могут быть установлены веерообразно относительно центра решетки в направлении от переливной планки. Формула имеет 2 независимых пункта, 4 зависимых пункта, 2 фигуры.

Полезная модель относится к конструкции абсорбционных и ректификационных колонн и может быть использована в газовой, нефтяной, нефтехимической и других отраслях промышленности.

Известна тарельчатая колонна, содержащая тарелки, каждая из которых представляет собой основание с отверстиями для прохода пара (газа) со сливными карманами для жидкости между соседними тарелками. Под выходными отверстиями и на расстоянии от нагруженной тарелки расположены распределяющее устройство в виде дефлектора с множеством отверстий, которые отклоняют струи жидкости в соответствии с расходящимся полем потока. Дефлекторы способствуют образованию поперечных составляющих скорости, так что продольная составляющая скорости потока в каждой плоскости перпендикулярно направлению главного потока имеет в значительной степени постоянный профиль. Выходные отверстия выполнены разной величины, на центральном участке меньше, чем на соседних флангах. (Патент РФ на изобретение 2233193, МПК 7 B01D 3/20, B01F 3/04, опубл. 27.07.2004).

Общими признаками известного решения и предлагаемых вариантов решений являются

- основание с отверстиями для прохода пара (газа);

- сливной карман;

- распределительное устройство.

Недостатками известной конструкции является неэффективное распределение жидкостного потока, выходящего из переливного устройства вышерасположенной тарелки, и попадающего на основание нижележащей тарелки при больших нагрузках по жидкости, когда ее градиент на выходе из переливного устройства выше верхней точки дефлекторов, что снижает эффективность работы тарелки в целом.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому техническому результату к предлагаемому техническому решению является барботажная тарельчатая колонна, включающая корпус, в котором установлены, по меньшей мере, две массообменные тарелки для осуществления контакта между газом (паром) и жидкостью, каждая из которых включает основание с отверстиями для прохода газа (пара), приемное устройство (карман) с переливной планкой, сливное устройство (карман) со сливной планкой, перегородку, по выполняемой функции - распределительное устройство, установленное поперек потока у приемного устройства. Распределительное устройство выполнено симметрично изогнутым с выпуклостью в сторону приемного кармана с вертикальными окнами прямоугольного сечения в нижней части и простенками, касающимися боковых стенок колонны, а высоты окон устройства выше высоты газожидкостного слоя на тарелке, и снабжено нижней рейкой, прикрепленной ко всем простенкам в самой нижней части перегородки, а перегородка установлена на тарелку так, что нижняя рейка плотно касается основания тарелки (Патент РФ на изобретение 2060766, МПК⁶ B01D 3/22, опубл. 27.05.1996).

Общими признаками известного и предлагаемого решения по первому варианту являются:

- корпус;

- по меньшей мере, два основания тарелки с отверстиями для прохода газа (пара);

- основание тарелки имеет приемное устройство с переливной планкой;

- основание тарелки имеет сливное устройство со сливной планкой, нижний торец которой установлен в приемном устройстве нижерасположенного основания;

- распределительное устройство, установленное на основании тарелки вдоль переливной планки.

Общими признаками известного и предлагаемого решения по второму варианту являются:

- корпус;

- по меньшей мере, два основания тарелки с отверстиями для прохода газа (пара);

- основание тарелки имеет приемное устройство;

- основание тарелки имеет сливное устройство со сливной планкой, нижний торец которой установлен в приемном устройстве нижерасположенного основания тарелки;

- распределительное устройство, установленное на основании вдоль приемного устройства.

Недостатками известной конструкции являются большое сопротивление распределительного устройства потоку жидкости, по сравнению с заявленным устройством, а также неравномерное распределение жидкостного потока, выходящего из переливного устройства, и попадающего на основание тарелки при больших нагрузках по жидкости, когда ее градиент на выходе из переливного устройства выше верхней кромки перегородки, что снижает эффективность массообмена на тарелке и колонны в целом.

Техническим результатом является повышение эффективности массообмена колонны, за счет успокоения и упорядочивания всего потока жидкости выходящего из переливного устройства основания тарелки, а также его равномерное распределение по основанию тарелки.

Этот результат достигается тем, что по первому варианту в известной конструкции массообменного аппарата, содержащего корпус, по меньшей мере, два основания тарелки с отверстиями для прохода газа (пара), каждое из которых имеет приемное устройство с переливной планкой, сливное устройство со сливной планкой, нижний торец которой установлен в приемном устройстве нижерасположенного основания, распределительное устройство, установленное на основании вдоль переливной планки, патрубки входа и выхода, новым является то, что распределительное устройство представляет собой решетку, выполненную из продольных и поперечных полос, причем длина решетки, по меньшей мере, равна длине переливной планки, на основании тарелки установлен нижний торец решетки, а продольная полоса решетки, следующая за ее торцом, расположена выше верхней кромки переливной планки.

Этот результат также достигается тем, что по второму варианту в известной конструкции массообменного аппарата, содержащего корпус, по меньшей мере, два основания с отверстиями для прохода газа (пара), каждое из которых имеет приемное устройство, сливное устройство со сливной планкой, нижний торец которой установлен в приемном устройстве нижерасположенного основания, распределительное устройство, установленное на основании вдоль переливной планки, патрубки входа и выхода, новым является то, что распределительное устройство представляет собой решетку, выполненную из продольных и поперечных полос, при этом длина решетки, по меньшей мере, равна длине приемного устройства, которое выполнено в виде заглубленного относительно основания тарелки кармана, при этом нижний торец решетки установлен на основании, вдоль кромки кармана.

Кроме того, крайняя продольная полоса верхнего торца распределительного устройства по любому из вариантов может быть выполнена примыкающей к сливной планке вышерасположенного основания тарелки по всей ширине сливной планки.

Кроме того, верхний торец распределительного устройства по любому из вариантов может быть установлен на расстоянии, по меньшей мере, равном одной четверти расстояния между основаниями тарелок.

Кроме того, продольные полосы распределительного устройства по любому из вариантов могут быть установлены под острым углом к основанию по направлению от приемного устройства.

Кроме того, поперечные полосы по любому из вариантов могут быть установлены веерообразно относительно центра решетки в направлении от приемного устройства.

Предлагаемая совокупность признаков, а именно установка распределительного устройства на основании вдоль переливного устройства, представляющего собой решетку, выполненную из продольных и поперечных полос, по первому или по второму варианту позволяет обеспечить успокоение потока жидкости, выходящего из переливного устройства, с помощью продольных полос, а также с помощью поперечных полос одновременно позволяет равномерно распределить его по основанию тарелки, обеспечивая эффективный процесс массообмена на тарелке и повышая эффективность колонны в целом.

Выполнение длины решетки, по меньшей мере, равной длине переливной планки по первому варианту или равной длине приемного устройства по второму варианту обеспечивает подачу всего потока жидкости на решетку и равномерное распределение жидкости по всей ширине основания тарелки

Расположение по первому варианту нижнего торца решетки на основании тарелки, а расположение продольной полосы решетки, следующей за ее торцом, выше верхней кромки переливной планки позволяет равномерно распределять жидкость по основанию тарелки, а расположение верхнего торца решетки на расстоянии, по меньшей мере, равном четверти расстояния между основаниями тарелок позволяет успокоить и направить весь поток жидкости в горизонтальной плоскости, снизив градиент уровня жидкости на выходе из переливного устройства.

Выполнение приемного устройства в виде заглубленного относительно основания тарелки кармана по второму варианту, где нижний торец решетки распределительного устройства установлен на основании, вдоль кромки кармана, позволяет повысить эффективность массообменной тарелки, так как в этом случае поток жидкости, поднимаясь из заглубленного кармана, сразу подается в распределительное устройство, равномерно распределяясь в продольном и поперечном сечении решетки по основанию тарелки.

Примыкание крайней продольной полосы верхнего торца распределительного устройства к сливной планке вышерасположенного основания тарелки по всей ширине сливной планки, по первому варианту и по второму варианту, позволяет направить весь поток жидкости через распределительное устройство при любых нагрузках по жидкости.

Расположение продольных полос решетки по первому и по второму варианту под острым углом к основанию по направлению от приемного устройства, т.е. по направлению движения жидкости из приемного устройства на основание, позволяет успокаивать поток жидкости при больших нагрузках по жидкости, тем самым снизить градиент уровня жидкости на основании тарелки в области ее выхода из переливного устройства, что также повышает эффективность процесса массообмена на тарелке.

Установка поперечных полос решетки веерообразно относительно центра решетки в направлении от переливной планки, т.е. по направлению движения жидкости из приемного устройства на основание, по первому и по второму варианту позволяет равномерно распределять жидкость по всему основанию тарелки.

Таким образом, заявляемая совокупность признаков обеспечивает повышение эффективности массообмена колонны в целом.

На фиг.1 представлен массообменный аппарат в аксонометрии, на фиг.2 - с продольным разрезом, по первому варианту, на фиг.3 - сечение по А-А, на фиг.4 - массообменный аппарат по второму варианту, на фиг.5 показано выполнение устройства по зависимому п.5 формулы.

Массообменный аппарат по первому варианту (см. фиг.1) включает основание тарелки 1 с отверстиями для прохода газа (пара) 2, установленное в корпусе 3 аппарата. Отверстия для прохода газа (пара) 2 могут быть снабжены клапанами, колпачками и другими контактными элементами. С одной стороны к основанию тарелки 1 примыкает приемное устройство 4, имеющее переливную планку 5, а с другой стороны - сливное устройство 6, имеющее сливную планку 7, нижний торец которой установлен в приемном устройстве 4 нижележащей тарелки. На основании тарелки 1 вдоль переливной планки 5 установлено распределительное устройство 8, представляющее собой решетку, состоящую из продольных полос 9 и поперечных полос 10. Длина распределительного устройства 8, по меньшей мере, равна длине переливной планки 5. На основании тарелки 1 установлен нижний торец распределительного устройства 8, а продольная полоса 9, следующая за ее нижним торцом, расположена выше верхней кромки переливной планки 5. Верхний торец распределительного устройства 8 может быть установлен на расстоянии «h», по меньшей мере, равном одной четверти расстояния «H» между основаниями тарелки 1 близлежащих тарелок (см. фиг.5). Крайняя продольная полоса 9 верхнего торца распределительного устройства 8 может быть выполнена примыкающей к сливной планке 7 вышерасположенного основания тарелки 1 по всей ширине сливной планки 7 (см. фиг.2).

По второму варианту (см. фиг.4) массообменный аппарат включает также основание тарелки 1 с отверстиями для прохода газа (пара) 2, установленное в корпусе 3 аппарата. С одной стороны к основанию тарелки 1 примыкает приемное устройство 4, которое выполнено в виде заглубленного, относительно основания тарелки 1, кармана 11, а с другой стороны - сливное устройство 6, имеющее сливную планку 7, нижний торец которой установлен в заглубленном кармане 11 нижележащей тарелки. Распределительное устройство 8, представляющее собой решетку, описанную выше в устройстве по первому варианту, имеет длину, по меньшей мере, равную длине заглубленного кармана 11, при этом нижний торец распределительного устройства 8 установлен на основании тарелки 1, вдоль кромки кармана 11, а верхний торец распределительного устройства 8 может быть установлен на расстоянии «h», по меньшей мере, равном одной четверти расстояния «H» между основаниями 1 близлежащих тарелок. Крайняя продольная полоса 9 верхнего торца распределительного устройства 8 может быть выполнена примыкающей к сливной планке 7 вышерасположенного основания тарелки 1 по всей ширине сливной планки 7.

Продольные полосы 9 по первому варианту и по второму варианту могут быть установлены под острым углом «» к основанию тарелки 1 по направлению от приемного устройства 4 (фиг.5).

Кроме того, поперечные полосы 10 могут быть установлены веерообразно относительно центра решетки в направлении от приемного устройства 4 как по первому варианту, так и по второму варианту выполнения массообменной тарелки (фиг.3).

Массообменный аппарат работает следующим образом.

По первому варианту (см. фиг.1) поток жидкости поступает на основание тарелки 1 с вышележащего полотна из приемного устройства 4, перетекая через переливную планку 5, поступает в распределительное устройство 8, где при взаимодействии с продольными полосами 9 и поперечными полосами 10 поток жидкости успокаивается, одновременно равномерно распределяясь по основанию тарелки 1, на котором жидкость контактирует с газом, поступающим на основание тарелки 1 через отверстия для прохода газа (пара) 2, после чего поток жидкости поступает через сливную планку 7 в сливное устройство 6 и далее на нижележащую тарелку.

При выполнении крайней продольной полосы 9 распределительного устройства 8 примыкающей к сливной планке 7 вышележащей тарелки 1, поток жидкости (особенно при больших нагрузках), поступающий из переливного устройства 6, весь проходит через распределительное устройство 8, не имея возможности перетекать через верх распределительного устройства 8.

При расположении верхнего торца распределительного устройства 8 на расстоянии, по меньшей мере, равном одной четверти расстояния между основаниями тарелок 1, поток жидкости при больших нагрузках образующий градиент, весь проходит через распределительное устройство 8.

В случае, когда продольные полосы 9 распределительного устройства 8 по любому из вариантов установлены под острым углом к основанию тарелки 1 по направлению от приемного устройства 4, поток жидкости, проходя через распределительное устройство 8, эффективно успокаивается, образуя относительно равномерный слой жидкости на тарелке.

В случае, когда поперечные полосы 10 по любому из вариантов установлены веерообразно относительно центра распределительного устройства 8 в направлении от приемного устройства 4, поток жидкости проходит через распределительное устройство 8 направляется к стенкам корпуса 3 аппарата, исключая возможность образования застойных зон.

По второму варианту (см. фиг.4) поток жидкости, поднимаясь из кармана 11, перетекая через его торец, сразу поступает в распределительное устройство 8, и непосредственно у основания тарелки 1 происходит успокоение потока жидкости и ее равномерное распределение по основанию тарелки 1. Далее процесс массообмена происходит, как описано выше, в случае работы массообменного аппарата по первому варианту.

1. Массообменная тарелка, содержащая основание с отверстиями для прохода газа (пара), приемное устройство с переливной планкой, сливное устройство со сливной планкой, распределительное устройство, установленное на основании вдоль переливной планки, отличающаяся тем, что распределительное устройство представляет собой решетку, выполненную из продольных и поперечных полос, причем длина решетки, по меньшей мере, равна длине переливной планки, на основании установлен нижний торец решетки, а продольная полоса решетки, следующая за ее нижним торцом, расположена выше верхней кромки переливной планки.

2. Массообменная тарелка по п.1, отличающаяся тем, что крайняя продольная полоса верхнего торца распределительного устройства выполнена примыкающей к сливной планке вышерасположенного основания по всей ширине сливной планки.

3. Массообменная тарелка по п.1, отличающаяся тем, что верхний торец распределительного устройства установлен на расстоянии, по меньшей мере, равном одной четверти расстояния между основаниями тарелок.

4. Массообменная тарелка по п.1, отличающаяся тем, что продольные полосы решетки установлены под острым углом к основанию по направлению от приемного устройства.

5. Массообменная тарелка по п.1, отличающаяся тем, что поперечные полосы решетки установлены веерообразно относительно центра решетки в направлении от приемного устройства.

6. Массообменная тарелка, содержащая основание с отверстиями для прохода пара (газа), приемное устройство, сливное устройство со сливной планкой, распределительное устройство, установленное на основании вдоль приемного устройства, отличающаяся тем, что распределительное устройство представляет собой решетку, выполненную из продольных и поперечных полос, при этом длина решетки, по меньшей мере, равна длине приемного устройства, которое выполнено в виде заглубленного относительно основания тарелки кармана, при этом нижний торец решетки установлен на основании, вдоль кромки кармана.

7. Массообменная тарелка по п.6, отличающаяся тем, что крайняя продольная полоса верхнего торца распределительного устройства выполнена примыкающей к сливной планке вышерасположенного основания по всей ширине сливной планки.

8. Массообменная тарелка по п.6, отличающаяся тем, что верхний торец распределительного устройства установлен на расстоянии, по меньшей мере, равном одной четверти расстояния между основаниями тарелок.

9. Массообменная тарелка по п.6, отличающаяся тем, что продольные полосы решетки установлены под острым углом к основанию по направлению от приемного устройства.

10. Массообменная тарелка по п.6, отличающаяся тем, что поперечные полосы решетки установлены веерообразно относительно центра решетки в направлении от приемного устройства.