КОНТАКТНАЯ ТАРЕЛКА
CONTACT TRAY

Изобретение относится к области газового и нефтехимического машиностроения, к аппаратурному оформлению процессов тепломассообмена, например, в колонных аппаратах и может быть использовано для проведения контакта газа (пара) с жидкостью в процессах ректификации, абсорбции и десорбции.
Известны клапанные тарелки с перекрестно-прямоточным движением фаз (авторское свидетельство СССР №169061, кл. 12а, 5; 1965 г. - «Клапанные тарелки для массообменных аппаратов», ЦИНТИХИМНЕФТЕМАШ, Москва, 1972, стр.31 и патент РФ №2276617, МПК: B01D 3/30, B01D 3/16, приоритет от 01.12.2004), содержащие основание с отверстиями расположенными в них клапанами в виде направленных пластин. В этих тарелках совпадает направление движения жидкости на тарелке и выхода газа из-под клапана, что позволяет увеличить нагрузку тарелки по жидкости и расширить диапазон по газу за счет изменения ее живого сечения.
Недостатком этих конструкций является малый срок службы, особенно при применении в агрессивных средах, что вызвано эрозионным износом ножек подвижных клапанов. Срок службы также ограничен технологиями изготовления клапанов и установки их в отверстия тарелок. При штамповке и изгибе клапанов появляются микротрещины в металле, которые увеличиваются в процессе загиба ножек при вставке в отверстие тарелки и разгиба для их фиксации. Это приводит к уменьшению срока службы клапанных тарелок до двух лет.
Известна контактная тарелка по патенту США №3087711, 261÷114, 1963 - прототип, в котором частично устранены вышеизложенные недостатки.
Указанная контактная тарелка включает основание тарелки с отштампованными из него выше основания неподвижными клапанами, соединенными с ним ножками с образованием каналов для прохода газа. Неподвижные клапаны напоминают диски в верхнем положении на ножках.
Недостатком этой конструкции является наличие вытяжки металла ножек клапана при его штамповке, что также может вызвать микротрещины в зоне вытяжки и изгиба металла, а следовательно, разрушение клапана в этих местах. Другим недостатком является пониженная эффективность массопередачи из-за увеличенных площадей каналов для прохода газа, а также плохого перемешивания газа и жидкости.
Техническим результатом предлагаемого изобретения является увеличение срока службы контактной тарелки, повышение ее эффективности, увеличение нагрузок по жидкости и газу, повышение жесткости конструкции при снижении металлоемкости и снижение уноса капельной жидкости с газовым потоком.
Технический результат достигается тем, что в контактной тарелке для проведения процессов тепломассообмена между газом (паром) и жидкостью, включающей приемные и переливные карманы, основание тарелки с выполненными из его полотна и расположенными над ним неподвижными клапанами, с ножками и каналами для прохода газа, неподвижные клапаны с ножками и каналами для прохода газа выполнены путем прорезей в основании тарелки в виде дуг, ломаных или прямых отрезков, расположенных под углом к друг другу на расстоянии, определяющем ширину ножек и равноудаленных от центра клапана, при этом клапаны повернуты относительно основания тарелки, образуя тангенциальные каналы для прохода газа.
Неподвижные клапаны расположены по основанию рядами, причем в смежных рядах, тангенциальные каналы для прохода газа в клапанах выполнены противоположно направленными.
На основании тарелки между неподвижными клапанами выполнены направленные каналы для прохода газа, ориентированные в направлении переливных карманов.
На неподвижных клапанах установлены диски или шайбы с диаметрами, перекрывающими диаметры неподвижных клапанов.
Диски или шайбы по периферии выполнены с отбортовками и(или) с зубьями, которые ориентированы в направлении тангенциальных каналов для прохода газа неподвижных клапанов.
Основание тарелки выполнено из отбортованных полотен, соединенных бортами между собой.
Между бортами полотен расположены планки жесткости.
В нижней части между планками жесткости закреплена сепарационно-массообменнная насадка.
Выполнение неподвижных клапанов с ножками и каналами для прохода газа путем прорезей в основании тарелки в виде дуг, ломаных или прямых отрезков, расположенных под углом к друг другу на расстоянии, определяющем ширину ножек и равноудаленных от центра клапана, повернутыми относительно основания тарелки и образующим тангенциальные каналы для прохода газа, позволило повысить эффективность контактной тарелки за счет улучшения распределения и смешения фаз на полотне тарелки закрученным газовым потоком.
Расположение неподвижных клапанов по основанию рядами и выполнение в смежных рядах тангенциальных каналов для прохода газа в клапанах противоположно направленными позволили, обеспечить создание потоков на основании тарелки, направленных в сторону переливных карманов, тем самым, увеличивая производительность по жидкости.
Выполнение на основании тарелки, между неподвижными клапанами, направленных каналов для прохода газа, ориентированных в направлении переливных карманов, позволило дополнительно увеличить производительность контактной тарелки и снизить гидравлическое сопротивление контактной тарелки.
Установление на неподвижных клапанах дисков или шайб с диаметрами, перекрывающими диаметры неподвижных клапанов, позволило снизить унос капельной жидкости с газовым потоком.
Выполнение дисков или шайб по периферии с отбортовками и(или) с зубьями, которые ориентированы в направлении тангенциальных каналов, позволило обеспечить равномерное разделение и дробление жидкости газовым потоком, провести укрупнение капель жидкости на зубьях за счет переноса капель на их острие, тем самым уменьшить унос капель жидкости на вышележащую контактную тарелку, следовательно, повысить эффективность тепломассообмена.
Выполнение основания тарелки из отбортованных полотен, соединенных бортами между собой, позволило увеличить жесткость контактной тарелки, снизить толщину полотна, следовательно, и металлоемкость.
Расположение между бортами полотен планок жесткости позволило использовать основания тарелки меньшей толщины и тем самым облегчить поворот клапанов (путем их штамповки) относительно основания тарелки.
Закрепление в нижней части между планками жесткости сепарационно-массообменнной насадки позволило снизить унос капельной жидкости и расширить диапазон эффективной работы тарелки.
Заявителям и авторам не известны из существующего уровня техники контактные устройства, в которых бы подобным образом достигался технический результат.
На фиг.1 представлен вид сверху на двухпоточную контактную тарелку.
На фиг.2 представлен разрез А-А соединения отбортованных полотен основания контактной тарелки с планкой жесткости.
На фиг.3 представлена развертка неподвижного клапана на основании тарелки.
На фиг.4 представлен неподвижный клапан (вид сбоку).
На фиг.5 представлен неподвижный клапан (вид сверху).
На фиг.6 представлен неподвижный клапан с диском или шайбой с выполненными по его(ее) периферии отбортовкой и(или) с зубьями, которые ориентированы в направлении тангенциальных каналов для прохода газа неподвижных клапанов.
На фиг.7 представлен продольный разрез отбортованного полотна основания контактной тарелки с планками жесткости, на которых закреплена сепарационно-массообменная насадка.
На фиг.8 представлен неподвижный клапан с диском (вид сбоку).
На фиг.9 представлен вид сверху на неподвижный клапан с диском, зубья которого ориентированы в направлении тангенциальных каналов для прохода газа неподвижных клапанов.
Контактная тарелка содержит основание 1 (фиг.1), размещенное между приемными 2 и переливными карманами 3, собранное из отбортованных полотен 4 (фиг.1, 2, 7), на которых отштампованы без вытяжки металла по развертке неподвижных клапанов 5 (фиг.3) с прорезями, например, в виде дуг, ломаных или прямых отрезков 6, которые при повороте посредством штамповки неподвижных клапанов 5 относительно основания тарелки (фиг.1, 4, 5, 7) образуют ножки 7 (фиг.4, 5) и тангенциальные каналы для прохода газа 8. Между неподвижными клапанами 5 на основании 1 дополнительно могут быть выполнены направленные каналы 9 (фиг.1) для прохода газа, ориентированные в направлении переливных карманов 3.
Для увеличения прочности конструкции и уменьшения толщины основания 1 отбортованные полотна 4 снабжены планками жесткости 10 (фиг.2, 7), на которых для расширения диапазона работы тарелки размещена сепарационно-массообменная насадка 11 (фиг.7).
Для повышения эффективности массообмена неподвижные клапаны 5 снабжены дисками или шайбами 12 (фиг.8, 9) диаметром, перекрывающим диаметр неподвижного клапана 5. Диски по периметру могут быть выполнены с отбортовкой 13 (фиг.6) и(или) снабжены зубьями 14 (фиг.6, 9), которые ориентированы в направлении тангенциальных каналов 8, то есть направленными в сторону закрутки газового потока.
Контактная тарелка работает следующим образом.
Жидкость подается из приемных карманов 2 на основание 1 контактной тарелки. Снизу под основание 1 подается газ(пар), который распределяется по каналам 8 и закручивается на тангенциальных завихрителях (тангенциальных каналах для прохода газа 8), образуемых ножками 7 неподвижных клапанов 5, и контактирует с закручиваемым газовым потоком. Расположением неподвижных клапанов 5 по основанию 1 рядами с отогнутыми во встречном направлении ножками 7 в смежных рядах, которые образуют в них противоположно направленные тангенциальные каналы для прохода газа 8, осуществляется направленное движение жидкости в переливные карманы 3.
Для увеличения нагрузки контактной тарелки по жидкостному и газовому потоку дополнительно размещают на основании тарелки 1 направленные каналы 9, которые также обеспечивают направленное движение жидкости к переливным карманам 3.
При увеличении расхода газа часть жидкости с газом поднимается на сепарационно-массообменную насадку 11 вышележащей контактной тарелки, где отделяются капли жидкости. Жидкость под действием гравитационных сил поступает на нижележащую контактную тарелку, а отсепарированный газ - на вышележащую.
При малых нагрузках по газу(пару) жидкость под действием гравитационных сил поступает на сепарационно-массообменную насадку 11, где распределяется по поверхности и образует вторую зону контакта газа и жидкости.
Таким образом, выполнение неподвижных клапанов с ножками и каналами для прохода газа путем прорезей в основании тарелки в виде дуг, ломаных или прямых отрезков, расположенных под углом к друг другу на расстоянии, определяющем ширину ножек и равноудаленных от центра клапана, поворот клапанов относительно основания тарелки с образованием тангенциальных каналов для прохода газа, позволили достичь технического результата, заключающегося в увеличении срока службы контактной тарелки, в повышении эффективности, увеличении нагрузок по жидкости и газу, повышении жесткости конструкции при снижении металлоемкости и снижении уноса капельной жидкости с газом.