СИТЧАТО-КЛАПАННАЯ ТАРЕЛКА

Полезная модель относится к контактным устройствам тарельчатого типа и может быть использована для процессов тепломассообмена в нефтяной, газовой, химической отраслях промышленности.
Известна клапанная тарелка (авторское свидетельство №424574, МПК В01Д, опуб. 25.04.74 г., ОБ №15), содержащая основание с установленными на нем трапециевидными клапанами, обращенными меньшим основанием в сторону сливной перегородки.
Общим признаком известной тарелки с предлагаемой является наличие полотна с установленными на нем клапанами.
Недостатком известного устройства является то, что при малых нагрузках по газу (пару) газ проходит через клапан неравномерным потоком с малой скоростью, при этом преимущественно поднимается часть клапана с меньшим основанием, что приводит к прямоточному и перекрестноточному режиму взаимодействия фаз, хотя ускорение жидкости и увеличение производительности при этом не требуется. В результате эффективность массообмена снижается из-за наличия прямоточного режима взаимодействия фаз.
6
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к заявляемой полезной модели является ситчато-клапанная тарелка (свидетельство на полезную модель №10591, МПК B01Д 3/22, 3/30, опуб. 16.08.1999, ОБ №8), состоящая из горизонтального перфорированного полотна, над которым установлены перфорированные клапаны с разновеликими ножками, при этом отверстия клапанов смещены относительно отверстий полотна, а диаметр отверстий клапанов меньше диаметра отверстий полотна тарелки.
Общими признаками известного и предлагаемого устройств являются:
- распределительная и переливная планки;
- приемный и сливной карманы,
- горизонтальное перфорированное полотно;
- установленные на полотне перфорированные клапаны с разновеликими ножками;
- свободное сечение клапанов меньше свободного сечения полотна.
Недостатком известного устройства является узкий диапазон эффективной работы тарелки. Этот недостаток известной конструкции обусловлен тем, что клапаны тарелки недостаточно эффективно работают при малых нагрузках по газу, когда по технологическим условиям не требуется высокая производительность по газу. При данных условиях осуществляется перекрестноточный и прямоточный режим взаимодействия фаз на участках контактного полотна, расположенных под клапанами, и на прилегающих к клапанам участках, при этом барботажный слой на тарелке мал, так как не происходит активного вспенивания жидкости потоком газа. В результате, при малых нагрузках по газу известная конструкция тарелки не обеспечивает ее эффективной работы, и, следовательно, тарелка работает эффективно только при умеренных и больших нагрузках по газу (пару).
Техническая задача заключается в достижении высокой эффективности тепломассообмена и расширении диапазона эффективной работы.
Поставленная задача достигается тем, что в ситчато-клапанной тарелке, содержащей распределительную и переливную планки, приемный и сливной карманы и горизонтальное перфорированное полотно, на котором установлены перфорированные клапаны с разновеликими ножками, при этом свободное сечение клапанов меньше свободного сечения полотна, новым является то, что свободное сечение клапана в зоне, приближенной к длинным ножкам, больше свободного сечения клапана, приближенного к коротким ножкам.
Кроме того, клапан в зоне, приближенной к коротким ножкам, выполнен глухим.
Выполнение свободного сечения клапана в зоне, приближенной к длинным ножкам, большим свободного сечения клапана в зоне, приближенной к коротким ножкам, позволяет обеспечить эффективную работу тарелки при малых нагрузках по газу. Предлагаемое конструктивное выполнение клапанов способствует подъему клапанов в сторону, противоположную току жидкости на полотне, за счет чего организуется тепломассообмен в режиме противотока и увеличивается эффективность тарелки при малых нагрузках по газу.
На фиг.1 представлен общий вид ситчато-клапанной тарелки, при максимальной нагрузке по газу (пару), на фиг.2 - то же, при малых нагрузках по газу (пару), на фиг.3 и 4 - вид сверху клапана, установленного на участок полотна тарелки.
Ситчато-клапанная тарелка содержит распределительную 1 и переливную 2 планки, приемный 3 и сливной 4 карманы и горизонтальное перфорированное полотно 5. На полотне 5 установлены перфорированные клапаны 6 с разновеликими ножками: длинными ножками 7 и короткими ножками 8. Свободное сечение клапанов 6 меньше свободного сечения полотна 5. Длинные ножки 7 клапанов 6 ориентированы в сторону переливной планки 2, а короткие ножки 8 ориентированы в сторону распределительной планки 1. Свободное сечение клапана 6 в зоне, приближенной к длинным ножкам 7, больше свободного сечения клапана, приближенного к коротким ножкам 8. Это достигнуто за счет выполнения отверстий 9 на клапане в зоне, приближенной к длинным ножкам 7, большего диаметра, чем отверстия на клапане в зоне, приближенной к коротким ножкам 8. Полотно 5 тарелки снабжено отверстиями 10.
В предлагаемом варианте выполнения клапана последний в зоне, приближенной к коротким ножкам 8, выполнен глухим.
Тарелка работает следующим образом. Жидкость из приемного кармана 3 поступает на полотно 5 тарелки. Газ проходит через отверстия 10 в полотне 5, затем проходит через слой жидкости, в результате чего образуется барботажный слой на контактном полотне 5. Затем газ уходит на вышележащую тарелку, а жидкость поступает в сливной карман 4. При этом при малых и умеренных нагрузках по газу (пару) газ, проходящий через отверстия 10 полотна 5 под клапанами 6 приподнимает их в сторону, противоположную току жидкости на тарелке, т.е. поднимается сторона клапана 6 с малым свободным сечением, за счет чего на полотне 5 возникает режим противотока, и, следовательно, улучшается массообмен. Это происходит за счет того, что газ, выходящий из отверстий 10 полотна 5, расположенных под клапаном 6 вблизи длинных ножек 7, проходит через отверстия 9 в клапане, из-за чего часть клапана с длинными ножками практически не поднимается. Газ, выходящий из отверстий полотна 5, расположенных под клапаном 6 вблизи коротких ножек 8, поднимает за счет своей кинетической энергии часть клапана с малым свободным сечением и приобретает направление движения, противоположное движению жидкости на тарелке, так как свободного сечения в этой части клапана 6 недостаточно для беспрепятственного прохода газа через отверстия 9 в клапане. Таким образом, увеличивается доля противоточного взаимодействия фаз на полотне 5 тарелки при малых нагрузках по газу, что увеличивает эффективность тепломассообмена и диапазон эффективной работы. При больших нагрузках по газу скорость и кинетическая энергия газа, выходящего из отверстий 10 под клапанами 6, настолько велика, что он поднимает клапан 6 до упора и приобретает направление течения жидкости на полотне 5 независимо от расположения перфорации на клапане.