Автономное переливное устройство подвесного типа для шламовых стоков

Полезная модель относится к устройствам для перетока жидкости с массообменных, сепарационных, фильтрующих тарелок на нижележащую ступень или в кубовую часть аппарата. Переливное устройство может быть использовано в колонных аппаратах, абсорберах осушки газа, сепараторах, фильтрах или секциях многофункциональных массообменных аппаратов.
В химической и нефтехимической промышленности при проведении массообменных процессов широко применяются тарельчатые колонные аппараты с переливными устройствами [Вихман А.Г. Переливные устройства массообменных тарелок массообменных аппаратов: обзорная информация / А.Г. Вихман, М.А. Берковский, С.А. Круглов; ЦИНТИХИМНЕФТЕМАШ. - Уфа, 1976. - 35 с.]. Правильный выбор конструкции переливного устройства во многом определяет не только работу контактных элементов массообменных тарелок, но и работу колонны в целом.
Основными требованиями, предъявляемыми к переливным устройствам для обеспечения надежной работы аппаратов, в которых они используются, являются: - малое гидравлическое сопротивление; - достаточная величина гидрозатвора, исключающая прорыв пара; - обеспечение протекания через переливное устройство заданного количества жидкости без захлебывания [Справочник под редакцией Судакова Е.Н. Расчеты основных процессов и аппаратов нефтепереработке. М.: Химия, 1979, стр. 268].
Известны конструкции переливных устройств [Политехнический словарь. - М.: Советская энциклопедия. 1980, стр. 480], выполненных в виде изогнутых трубок с коленом разной длины или карманов труб, выход которых опущен в сосуд большой площади ниже его переливных кромок.
Основной недостаток этих переливных устройств заключается в необходимости предварительного заполнения переливных устройств (гидрозатворов, сифонов) жидкостью или пуска жидкости в аппарат до подачи в него газа.
Известно переливное устройство [Авт. свид. SU 375077, МПК B01D 3/20, 1973], в котором частично устранены вышеуказанные недостатки за счет применения клапана, установленного на выходе из перелива.
Однако подпружиненный клапан увеличивает гидравлическое сопротивление перелива, что требует увеличения высоты переливной трубы, а, следовательно, и аппарата, так как при открытии за счет столба жидкости резко сбрасывает жидкость и оголяет гидрозатвор.
Известно переливное устройство [Авт. свид. SU 401371, МПК B01D 3/20, 1973], в котором клапан регулирования сечения перелива связан с поплавком, размещенным на тарелке. Входное сечение для прохода жидкости в перелив (карман) увеличивается с ростом уровня жидкости на тарелке.
Недостатком этого устройства является необходимость регулирования сечения прохода жидкости через перелив независимо от наличия гидрозатвора на выходе из него.
Известно переливное устройство барботажной тарелки массообменной колонны, представляющее собой примыкающий к полотну тарелки переливной стакан с переливной планкой, снабженное газоотводящими трубками, нижние концы которых расположены вблизи переливной планки, а верхние концы размещены в непосредственной близости от стенки колонны, при этом над нижними частями газоотводящих трубок установлен рассекатель жидкости, который может быть выполнен в виде тонких горизонтальных прутков или пластин [Пат. RU 2194560, МПК B01D 3/20; 2002].
Установка в переливном устройстве газоотводящих трубок и рассекателя жидкости приводит к усложнению конструкции и, как следствие, высокой металлоемкости, сложности ремонта и монтажа.
Известно переливное устройство контактной тарелки массообменной колонны, содержащее корпус, прикрепленный к основанию тарелки, и установленный внутри корпуса перекрывающий входное сечение корпуса переливного устройства пеноразрушитель из проницаемого материала, нижняя кромка которого прикреплена к стенке корпуса ниже уровня основания тарелки таким образом, что в объеме корпуса между стенкой корпуса и поверхностью пеноразрушителя, обращенной к входящему потоку, образовано пространство для разрушения пены, а верхняя кромка расположена выше уровня газожидкостной смеси на тарелке, и в области верхней части пеноразрушителя имеется свободный проход для выхода газа [Пат. RU 2342181, МПК B01D 3/16, 2008].
Недостатками данной конструкции переливного устройства является невозможность работы с загрязненными средами.
Известно переливное устройство для контактной тарелки, содержащее корпус с расположенной в нем вертикальной трубкой для прохода байпасного потока газа и отражательный диск, расположенный в нижней части устройства таким образом, что между корпусом и диском имеется щель. Трубка прикреплена к диску и сообщается с пространством под тарелкой через соответствующее отверстие в диске, и содержит дополнительные отверстия для входа жидкости на уровне щели между корпусом и диском. В трубку помещен клапан в виде перевернутого стакана с отверстиями в боковых стенках для выхода газа, с возможностью его перемещения вдоль оси трубки, причем в нижнем положении клапана отверстия в стенках клапана находятся выше уровня дополнительных отверстий трубки, а на верхнем срезе трубки расположен ограничитель подъема клапана [Пат. RU 2233693, МПК B01D 3/20, 2004].
Недостатками конструкции переливного устройства являются сложность исполнения, сложность ремонта и монтажа, а также ее высокая металлоемкость. Кроме этого, данное устройство не может работать с загрязненными шламом средами.
Наиболее близким является автономное переливное устройство, выполненное как одно целое в виде статического гидрозатвора, приемный карман которого закрыт снизу направляющей пластиной, образующей с передней стенкой переливного кармана тупой угол, а отбойник переливного устройства опущен в приемный карман, образуя зазор с направляющей пластиной, на которой жестко закреплен сливной порог так, что его верхняя кромка, расположенная выше нижнего конца отбойника, образует проход для жидкости, площадь сечения которого не меньше площади упомянутого зазора, а боковые стенки приемного кармана обеспечивают переток жидкости преимущественно на стенку колонны [Пат. RU 2438748, МПК B01D 3/16, 2012].
Недостатком конструкции переливного устройства является невозможность применения данной конструкции для разделения шламовых сточных вод, плотность шлама которых больше плотности жидкой фазы.
Задача - улучшение сепарации газа путем организации распределения потоков по полотну тарелки.
Техническим результатом является повышение производительности массообменной тарелки.
см
см
см
см
см
см
Технический результат достигается при использовании автономного переливного устройства подвесного типа для шламовых стоков, выполненного как одно целое в виде статического гидрозатвора, включающего приемный карман, закрытый снизу направляющей пластиной, образующей с передней стенкой приемного кармана тупой угол, на которой жестко закреплен сливной порог так, что его верхняя кромка, расположенная выше нижнего конца опущенного в приемный карман отбойника, образует проход для жидкости, при этом сливной порог закреплен с зазором относительно направляющей пластины, а на его нижней кромке установлена пластина из упругого материала, закрывающая зазор, причем высота зазора определяется из условия h=2q⋅x/(ρ⋅b⋅ν), где q - масс. расход смеси жидкости и шлама в переливном кармане, x - масс. концентрация шлама, ρ - плотность смеси жидкости и шлама в приемном кармане, b -ширина зазора, ν - скорость слива шламового стока, разность высот верхней кромки сливного порога и нижнего конца отбойника составляет Δh=ΔP/ρ⋅g, где ΔР - сопротивление тарелки, ρ - плотность смеси жидкости в приемном кармане, g - ускорение, а угол между стенкой приемного кармана и направляющей пластиной составляет 135 градусов.
Установка сливного порога с зазором относительно направляющей пластины, высота этого зазора, оптимальная величина угла между стенкой приемного кармана и направляющей пластиной и пластина из упругого материала, установленная в зазоре, обеспечивают возможность дополнительного выхода (смыва) шлама с некоторым количеством жидкости. Это, в совокупности с оптимальным режимом работы переливного устройства, обеспечиваемым определяемой индивидуально оптимальной разностью высот верхней кромки сливного порога и нижнего конца отбойника обеспечивают увеличение производительности массообменной тарелки.
На фиг. 1 - схематично показан общий вид массообменной колонны; на фиг. 2 - общий вид автономного переливного устройства подвесного типа.
см
см
см
см
см
см
3
2
3
Автономное переливное устройство подвесного типа для шламовых стоков выполнено как одно целое в виде статического гидрозатвора 1, который включает приемный карман 2, закрытый снизу направляющей пластиной 3, образующей с передней стенкой 4 приемного кармана 2 угол 135 градусов. Сливной порог 5, верхняя кромка которого расположена выше нижнего конца отбойника 6, опущенного в приемный карман 2, на Δh=ΔР/(ρ⋅g), (где ΔР - сопротивление тарелки, рассчитываемое при выполнении гидравлического расчета колонны или путем измерения общего сопротивления всех тарелок по приборам КИП и делением на число тарелок, (зависит от конструкции тарелок и переливного устройства, а также от скорости паров в отверстиях контактных устройств, от расхода жидкости, в том числе и концентрации шлама в жидкости, размерность в Па), ρ - плотность смеси жидкости и шлама в приемном кармане (зависит от плотности жидкости и плотности шлама и его концентрации, размерность кг/м), g - ускорение свободного падения, м/с), образует проход для жидкости 7 и жестко закреплен с зазором 8 относительно направляющей пластины 3. На нижней кромке сливного порога 5 установлена пластина 9 из упругого материала, закрывающая зазор 8. Высота зазора 8 определяется из условия h=2q⋅x/(ρ⋅b⋅ν), (где q – масс. расход смеси жидкости и шлама в переливном кармане, зависит от исходных данных, размерность кг/с), x - масс. концентрация шлама, ρ - плотность смеси жидкости и шлама в приемном кармане, зависит от плотности жидкости и плотности шлама и его концентрации, размерность кг/м, b - ширина зазора, ν=0,1-0,3 м/с - скорость слива шламового стока).
Автономное переливное устройство 1 закрепляется в полотне массообменной тарелки 10 с барботажными элементами 11 так, чтобы отверстия для слива 12, расположенные в выступающей над полотном тарелки 10 части были выше уровня полотна.
Устройство работает следующим образом:
Жидкость 7 поступает с вышерасположенной тарелки 10 по сливному порогу 5, направляющей пластине 3, а затем, стекая по стенке колонны, на горизонтальное полотно нижерасположенной тарелки 10. Жидкая фаза, взаимодействует с выходящей из барботажных элементов 11 газовой (паровой) фазой, образует парожидкостную смесь, которая движется вдоль полотна к отверстиям для слива 12 и поступает в приемный карман 2. Основная часть жидкости в виде парожидкостной (газожидкостной) смеси с частицами шлама перетекает в приемный карман через стенки выступающей части переливного устройства 1. За счет перепада давления, создаваемого сопротивлением тарелки, в приемном кармане 2 автоматически устанавливается определенный уровень жидкости 7. Далее жидкость 7 поднимается вверх и через сливной порог 5 плавно стекает по наклонной поверхности, часть жидкости с частицами шлама по направляющей пластине 3 через зазор 8 стекает на стенку колонны. Уровень жидкости 7 в приемном кармане 2 обеспечивает хорошую сепарацию газа, так как пузырьки газа, находящиеся в жидкости 7, должны преодолеть столб жидкости, в котором гидростатическое давление увеличивается. Элементы переливного устройства 1 - нижний конец отбойника 6 и верхняя кромка сливного порога 5 создают надежный статический гидрозатвор, исключающий проникновение газовой фазы через переливное устройство 1. Паровой (газовый) поток поднимается снизу вверх, проходит через барботажные элементы 11 и вступает в контакт с жидкой фазой, в результате чего осуществляется массообмен, причем производительность тарелки в большой степени определяется площадью активного взаимодействия фаз. В начальный момент работы под действием газового потока пластина 9 из упругого материала закрывает выход для шлама, исключая проскок газа.
Выполнение конструкции переливного устройства автономной как одно целое в виде статического гидрозатвора, вынесенного с площади тарелки, позволило освободить часть рабочей площади тарелки для размещения дополнительных барботажных элементов. Кроме этого, значительно сокращается время монтажа тарелок, так как не требуется совмещения переливных устройств, расположенных на выше расположенной тарелке, с переливной планкой нижней тарелки для создания гидрозатвора, не требуется установки сливной и переливной планок, так как уровень жидкости на тарелках обеспечивается выступающей над тарелкой частью предлагаемой конструкции переливного устройства.
Дополнительный выход для шлама обеспечивает удаление шлама с жидкостью. Таким образом, часть потока жидкости, перетекающего через переливное устройство, выходит через верхний край сливного порога 5, другая часть жидкости со шламом вытекает через дополнительный выход 8, позволяя применять переливное устройство подвесного типа для разделения не только чистых сред, но и загрязненных шламом сред (например, сточные воды и нефтешлам), а функционально связанные элементы предлагаемого переливного устройства, установленные под определенными углами, обеспечивают плавный вход жидкости на тарелку. Предлагаемое переливное устройство обеспечивает хорошее газоотделение за счет высоты столба жидкости в приемном кармане.
Таким образом, при использовании автономного переливного устройства подвесного типа для шламовых стоков, выполненного как одно целое в виде статического гидрозатвора, включающего приемный карман, закрытый снизу направляющей пластиной, образующей с передней стенкой приемного кармана угол 135 градусов, на которой с зазором относительно направляющей пластины жестко закреплен сливной порог так, что его верхняя кромка, расположенная выше нижнего конца опущенного в приемный карман отбойника, образует проход для жидкости, а на его нижней кромке установлена пластина из упругого материала, закрывающая зазор, при заявленных условиях высоты зазора и разности высот верхней кромки сливного порога и нижнего конца отбойника обеспечивается повышение производительности массообменной тарелки.