КОНТАКТНОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ МАССООБМЕННЫХ АППАРАТОВ

Полезная модель относится к колонной массообменной аппаратуре и может быть использована в нефтеперерабатывающей, нефтехимической, газовой, химической, пищевой и других отраслях промышленности.
Известно клапанное контактное устройство, содержащее основание с отверстиями, в которых расположены клапаны с односторонним открытием, выполненных в виде пластин с отверстиями, снабженными козырьками, направленными в сторону, противоположную открытию клапанов (см. SU №341498, B01D 3/30, 1970).
Недостатком указанного устройства является сложность конструкции и незначительная эффективность вследствие малого запаса жидкости на тарелке и неравномерного распределения пара (газа).
Известна также конструкция прямоточного контактного устройства, содержащего клапаны с односторонним открытием в виде пластин, снабженных козырьками, направленными в сторону противоположную открытия пластин, причем козырьки расположены под каждым отверстием и имеют высоту, увеличивающуюся в сторону открытия пластин (см. SU №724153, B01D 3/30).
Недостатком этой конструкции являются сравнительно низкая площадь контакта фаз и низкая эффективность массопередачи вследствие низкой степени турбулизации потоков и малого запаса жидкости на контактном устройстве.
Также известно контактное устройство для массообменных аппаратов, в виде основания с расположенными по нему отверстиями, над которыми установлены прямоточные клапаны, которые выполнены в виде части полого цилиндра с отверстиями и ограничительными элементами (см. SU №492290, B01D 3/30, 21.11.75 г.).
В этом устройстве пар (газ) проходит при малых нагрузках через отверстия в основании, при этом клапаны закрыты. Начало открытия клапанов определяется равенством моментов от массы клапана и сил давления среды относительно оси вращения клапана. При дальнейшем увеличении нагрузки по пару (газу) клапаны открываются по направлению движения жидкости, изменяя свободное сечение контактного устройства для прохода пара (газа). Это улучшает условия передвижения жидкости по основанию контактного устройства за счет направленного ввода пара (газа) в жидкость.
Недостатками этого аналога является то, что в силу конструктивных особенностей клапана момент его открытия наступает раньше, чем прекращается провал жидкости через отверстия основания, что приводит к повышению минимально допустимой скорости пара (газа). Кроме того, при полностью открытом клапане горизонтальная составляющая скорости пара (газа) против направления движения жидкости становится больше аналогичной составляющей скорости по направлению движения жидкости, что приводит к снижению максимально допустимой скорости пара (газа).
В качестве наиболее близкого аналога (прототипа) авторами выбрана контактное устройство для взаимодействия газа (пара) с жидкостью включающее листовое основание со сквозными фасонными прорезями и арочными элементами, в виде части материала листа основания деформированного в районах прорезей, которые расположены в шахматном порядке, см. SU №1630841, B01D 3/22, 91 г.
Недостатком этого контактного устройства является малое перекрытие проекций кромок прорезей, в их центральных зонах и отсутствием такого перекрытия в угловых зонах прорезей. Вследствие того, что только 25-30% от общей площади основания имеют удовлетворительное перекрытие проекций кромок прорезей, характер не перекрытых или недостаточно перекрытых участков определяет режим работы всего контактного устройства, что и обуславливает узкий диапазон эффективной и устойчивой работы контактного устройства.
Технической задачей, на решение которой направлено заявленная полезная модель, является увеличение эффективности массопередачи и расширению диапазона эффективной и устойчивой работы предложенного контактного устройства, а также повышение производительности тепломассообменных аппаратов, оборудованных предложенным устройством.
Решение указанной задачи обеспечивается тем, что контактное устройство для массообменных аппаратов, включающее листовое основание с фасонными прорезями, в районах которых выполнены отгибы из материала основания в виде арочных элементов, расположенных в шахматном порядке, отличающееся тем, что арочные элементы выполнены трапециевидными с ножками у основания трапеций, при этом ножки выполнены в виде отгибов от плоскости листа основания, причем трапециевидные части арочных элементов выполнены плоскими и расположены над плоскостью листа основания с образованием боковых щелей для прохода газа (пара). В предпочтительных вариантах выполнения, высота щели для прохода пара (газа) составляет 4-6 мм.; длина каждой ножки составляет 0,4-0,6 длины трапециевидных частей арочных элементов; угол между кромками сторон трапециевидных частей арочных элементов составляет не более 21°; расстояние между рядами арочных элементов составляет не менее 50 мм.; расстояние в ряду между арочными элементами составляет 3,5-4,5 высоты щели для прохода пара (газа); максимальная ширина трапециевидных частей арочных элементов составляет 2.0-2.8 ширины их ножек; длина и ширина ножек с обеих сторон трапециевидных частей арочных элементов выполнена одинаковой; малые основания трапециевидных частей плавно переходят в ножки этих частей арочных элементов.
Полезная модель иллюстрируется чертежами, где:
На фиг.1 показан общий вид контактного устройства в плане; на фиг.2 - вид А (увеличено) на фиг.1; на фиг.3 - сечение Б-Б фиг.1; на фиг.4 - фрагмент фиг.1. - аксонометрическая проекция.
1
3
2
1
1
1
2
2
Контактное устройство для массообменных аппаратов, содержит листовое основание 1, в котором выполнены фасонные прорези 2. Указанные прорези 2 образуют контур арочных элементов, которые имеют трапециевидные части 3 и ножки 4. Ножки 4 выполнены в виде отгибов от плоскости листа основания 1. Трапециевидные части 3 арочных элементов выполнены плоскими и расположены параллельно плоскости основания 1. За счет отгибов ножек 4 трапециевидные части 3 расположены над листом основания 1, при этом между листом основания и арочными элементами образуются боковые щели 5 для прохода пара (газа). Таким образом, каждый арочный элемент состоит из двух ножек 4 выполненных как одно целое с трапециевидной плоской частью 3. Целесообразно, чтобы высота h щелей для прохода пара (газа) составляла не менее 4 мм и не более 6 мм., так как при меньшем значении этого параметра резко снижается производительность контактного устройства по пару (газу). При большем значении этого параметра увеличиваются размеры струй пара (газа), что значительно снижает эффективность массообмена. Длина L каждой ножки 4 должна составлять 0,4-0,6 длины L трапециевидных частей 3 арочных элементов, что определяется конструктивными особенностями изготовления контактного устройства, в частности заданной высотой h боковых щелей. Также из конструктивных соображений целесообразно, чтобы угол между кромками сторон трапециевидных частей 3 арочных элементов составлял не более 21°, т.к. при больших значениях этого параметра снижается эффективность массообмена. Целесообразно, чтобы расстояние L между рядами арочных элементов составляло не менее 50 мм., т.к. если это расстояние будет меньше чем указанное значение, то возникнет проблема со слишком тесным размещением смежных рядов арочных элементов на основании 1, что значительно усложнит изготовление, а также снизит прочность устройства и эффективность массообмена. При большем значении этого параметра, например составляющим 80 мм. и более, резко снижается площадь обмена контактирующих фаз, что снижает эффективность массообмена. Расстояние в ряду между арочными элементами должно составлять 3,5-4,5 высоты щели для прохода пара (газа), т.к. при большем или меньшем значениях этого параметра процесс массообмена или неэффективен, или нарушается из-за слишком тонкого слоя жидкости между смежными арочными элементами, который легко разрушается и уносится встречными струями пара (газа). Экспериментально установлено, что максимальная ширина S трапециевидных частей 3 арочных элементов должна составлять 2.0-2.8 ширины S их ножек, что с одной стороны удовлетворяет условиям прочности, а с другой благотворно влияет на протекание процесса массообмена. Для упрощения изготовления, а также из условий прочности длина и ширина ножек 4 с обеих сторон трапециевидных частей 3 арочных элементов должны быть одинаковыми, причем малые основания трапециевидных частей 3 должны плавно переходить в ножки 4 этих частей арочных элементов. Толщина h листа основания определяется выбором материала для его изготовления. Для тех марок стали, из которых обычно изготавливаются основания подобных устройств, их толщина должна быть не менее 2 мм.
Предложенное контактное устройство работает следующим образом.
Жидкость подается на контактное устройство и движется вдоль основания 1, перпендикулярно относительно рядов арочных элементов, при этом она натекает на арочные элементы со стороны больших оснований их трапециевидных частей 3. Пар (газ) подается снизу основания 1, проходит сквозь боковые щели 5 и вступает в контакт с жидкостью, которая течет поверх основания с арочными элементами. За счет шахматного расположения арочных элементов в смежных рядах на всей площади основания 1 контактного устройства происходит множество контактов взаимодействующих фаз. За счет трапециевидной формы плоских частей 3 арочных элементов энергия пара (газа) эффективно используется для организации умеренно-турбулентного движения жидкости по тарелке, и в результате повышается производительность контактного устройства и эффективность массообмена. За счет боковых щелей, потоки взаимодействующих фаз в каждом ряду смежных арочных элементов распределяются встречно друг другу под углом не более 159°, что устраняет поперечную неравномерность и обратное перемешивание жидкости на тарелке. Кроме того, за счет строго определенного расположения каждого арочного элемента относительно полотна 1 ликвидируется неравномерность распределения пара (газа) по площади основания 1, что значительно повышает эффективность массообмена. Вследствие фиксированной высоты боковых щелей 5, предложенное контактное устройство устойчиво работает в расчетном диапазоне подачи жидкости и пара (газа). При этом производительность массообменного аппарата, оснащенного контактными устройствами предложенной конструкции значительно повышается.
Использование предложенной конструкции контактного устройства обеспечит снижение издержек на его изготовление, а также повысит эффективность проведения процессов массообмена в массообменных аппаратах.