RU135522U1

RU135522U1 - MASS EXCHANGE PLATE

Info

Publication number: RU135522U1
Application number: RU2013130814/05U
Authority: RU
Inventors: Александр Борисович Голованчиков; Петр Сергеевич Васильев; Сергей Леонидович Рева; Леонид Саввич Рева; Анна Сергеевна Юдина; Айман Ермековна Альменова
Priority date: 2013-07-04
Filing date: 2013-07-04
Publication date: 2013-12-20

Abstract

Предлагаемая конструкция относится к контактным устройствам колонных массообменных аппаратов и может быть использована в химической, газовой, нефтяной, нефтехимической, пищевой, и других отраслях промышленности. Техническим результатом предлагаемой конструкции является увеличение интенсивности процесса массопередачи за счет развитой поверхности контакта фаз. Технический результат достигается тем, что массообменная тарелка, включающая перфорированную плиту, устанавливаемую поярусно одна над другой в вертикальной цилиндрической колонне, и слой насадки, расположенный на плите, при этом слой насадки выполнен в виде коврика из пористого упругого полимерного материала, например, поропласта или губчатой резины, а над ним установлена с помощью крепежных элементов перфорированная крышка с возможностью вертикального перемещения. The proposed design relates to contact devices of columned mass transfer apparatuses and can be used in chemical, gas, oil, petrochemical, food, and other industries. The technical result of the proposed design is to increase the intensity of the mass transfer process due to the developed contact surface of the phases. The technical result is achieved by the fact that the mass transfer plate, including a perforated plate, mounted belly one above the other in a vertical cylindrical column, and a nozzle layer located on the plate, while the nozzle layer is made in the form of a mat of porous elastic polymeric material, for example, foam or sponge rubber, and above it is installed using fasteners a perforated cover with the possibility of vertical movement.

Description

Предлагаемая конструкция относится к контактным устройствам колонных массообменных аппаратов и может быть использована в химической, газовой, нефтяной, нефтехимической, пищевой, и других отраслях промышленности.The proposed design relates to contact devices of columned mass transfer apparatuses and can be used in chemical, gas, oil, petrochemical, food, and other industries.

Известна колонна с ситчатыми тарелками, состоящая из вертикального цилиндрического корпуса с горизонтальными тарелками, в которых равномерно по всей поверхности просверлено значительное число мелких отверстий диаметром 0,8÷3 мм, а для регулирования уровня жидкости на тарелке установлены переливные трубы (А.Г. Касаткин Основные процессы и аппараты химической технологии; изд. 14-е, стер. - М.: Альянс, 2008. - с. 505-506).A known column with sieve plates, consisting of a vertical cylindrical body with horizontal plates, in which a significant number of small holes with a diameter of 0.8 ÷ 3 mm are drilled uniformly over the entire surface, and overflow pipes are installed on the plate to control the liquid level (A.G. Kasatkin The main processes and apparatuses of chemical technology; ed. 14th, eras. - M .: Alliance, 2008. - p. 505-506).

Известна тарелка для массообменных аппаратов, содержащая горизонтальное перфорированное полотно провального типа, снабженного предохранительным переливным устройством с защитным колпаком в виде перевернутого стакана (патент РФ №29671, МПК B01D 3/18, B01D 3/20, B01D 3/22, 27.05.2003 г.).Known plate for mass transfer apparatus containing a horizontal perforated cloth of a failure type, equipped with a safety overflow device with a protective cap in the form of an inverted glass (RF patent No. 29671, IPC B01D 3/18, B01D 3/20, B01D 3/22, 05.27.2003 g .).

Известна контактная тарелка для массообменных аппаратов, включающая основание с отверстиями для прохода газа (пара) и клапаны в виде цилиндрической поверхности с ограничительными элементами, у которых средняя часть цилиндрической поверхности клапана направлена против движения жидкости и имеет меньший радиус кривизны, чем радиус цилиндрической поверхности клапана, направленной в сторону движения жидкости и имеющий углубления, направленные выпуклостями к основанию тарелки (патент РФ №2372131, МПК B01D 3/20, B01D 3/30, 10.11.2009 г.).Known contact plate for mass transfer apparatus, including a base with holes for the passage of gas (steam) and valves in the form of a cylindrical surface with restrictive elements, in which the middle part of the cylindrical surface of the valve is directed against the movement of the liquid and has a smaller radius of curvature than the radius of the cylindrical surface of the valve, directed towards the movement of the liquid and having recesses directed by the bulges to the base of the plate (RF patent No. 2372131, IPC B01D 3/20, B01D 3/30, 11/10/2009).

К существенным недостаткам этих конструкций относится ограничение допустимых нагрузок по жидкости и газу (пару), так как при слишком малой скорости газа (пара) жидкость просачивается через отверстия тарелки, что приводит к резкому уменьшению коэффициента полезного действия (КПД) тарелки и, соответственно, к уменьшению интенсивности массоопедачи.Significant disadvantages of these designs include the limitation of allowable loads on liquid and gas (steam), since at too low gas (steam) velocity, the liquid seeps through the plate openings, which leads to a sharp decrease in the plate's efficiency (efficiency) and, accordingly, reduce the intensity of mass transfer.

Наиболее близким техническим решением, принятым за прототип, является массообменная тарелка, включающая перфорированную плиту, устанавливаемую поярусно одна над другой в вертикальной цилиндрической колонне, приемное устройство для приема жидкости с вышерасположенной тарелки и сливное устройство для слива жидкости на нижерасположенную тарелку, расположенных на диаметрально противоположных сторонах плиты, перфорации в плите выполнены в виде арочных прорезей выпуклостями вверх с осями, направленными диаметрально от приемного к сливному устройству, при этом приемное устройство выполнено в виде перфорированной части плиты, сливное устройство выполнено в виде арочных прорезей выпуклостями вниз с осями, направленными в сторону, противоположную от расположения приемного устройства, приемное устройство нижерасположенной тарелки симметрично расположено под сливным устройством вышерасположенной тарелки, приемные устройства всех нижерасположенных тарелок выполнены также перфорированными арочными прорезями, как и рабочие части тарелок, края плиты тарелки отбортованы вверх, плиты тарелок установлены в колонне горизонтально или под острым углом наклона к горизонтали в сторону расположения сливного устройства, на каждую тарелку засыпан беспорядочно слой насадки высотой, равной не менее 2,5 линейного размера элемента насадки (патент РФ №2079327, МПК B01D 3/22, 20.05.1997 г.).The closest technical solution adopted for the prototype is a mass transfer plate, including a perforated plate mounted belly one above the other in a vertical cylindrical column, a receiving device for receiving liquid from an upstream plate and a drain device for draining liquid onto a lower plate located on diametrically opposite sides plates, perforations in the plate are made in the form of arched slots with bulges upward with axes directed diametrically from the receiving to the drain the device, while the receiving device is made in the form of a perforated part of the plate, the drain device is made in the form of arched slots with bulges down with the axes pointing to the side opposite to the location of the receiving device, the receiving device of the downstream plate is symmetrically located under the drain device of the upstream plate, receiving devices all the plates below are also made with perforated arched slots, like the working parts of the plates, the edges of the plate are flanged up, plate plates are installed in the column horizontally or at an acute angle to the horizontal to the side of the drain device, randomly a nozzle layer is filled on each plate with a height of at least 2.5 linear dimensions of the nozzle element (RF patent No. 2079327, IPC B01D 3 / May 22, May 20, 1997).

Недостатком данной массообменной тарелки является значительное гидравлическое сопротивление тарелки с насыпанным на ней слоем насадки, что сужает диапазон допустимых нагрузок по жидкости и газу (пару), что, в свою очередь, приводит к резкому уменьшению КПД тарелки и, соответственно, к уменьшению интенсивности массоопедачи.The disadvantage of this mass transfer plate is the significant hydraulic resistance of the plate with the nozzle layer poured on it, which narrows the range of allowable loads for liquid and gas (steam), which, in turn, leads to a sharp decrease in the efficiency of the plate and, accordingly, to a decrease in the intensity of mass transfer.

Кроме того, к недостаткам можно отнести также пристенный эффект, возникающий в слое насадке, когда газ (пар) оттесняет жидкость к стенке аппарата из-за создаваемого слоем насадки гидравлического сопротивления. Это обстоятельство приводит к уменьшению поверхности контакта фаз как в слое насадке, так и на тарелке, что также снижает интенсивность массоопедачи.In addition, the near-wall effect that occurs in the nozzle layer when gas (steam) pushes the liquid to the wall of the apparatus due to the hydraulic resistance created by the nozzle layer is also a drawback. This circumstance leads to a decrease in the contact surface of the phases both in the nozzle layer and on the plate, which also reduces the intensity of mass transfer.

Техническим результатом предлагаемой конструкции является увеличение интенсивности процесса массопередачи за счет развитой поверхности контакта фаз.The technical result of the proposed design is to increase the intensity of the mass transfer process due to the developed contact surface of the phases.

Технический результат достигается тем, что массообменная тарелка, включающая перфорированную плиту, устанавливаемую поярусно одна над другой в вертикальной цилиндрической колонне, и слой насадки, расположенный на плите, при этом слой насадки выполнен в виде коврика из пористого упругого полимерного материала, например, поропласта или губчатой резины, а над ним установлена с помощью крепежных элементов перфорированная крышка с возможностью вертикального перемещения.The technical result is achieved by the fact that the mass transfer plate, including a perforated plate, mounted belly one above the other in a vertical cylindrical column, and a nozzle layer located on the plate, while the nozzle layer is made in the form of a mat of porous elastic polymeric material, for example, foam or sponge rubber, and above it is installed using fasteners a perforated cover with the possibility of vertical movement.

Процесс массопередачи при работе барботажных ситчатых тарелок осуществляется следующим образом. Газ (пар) подается снизу вверх и, проходя через отверстия тарелки, дробится на струи, которые барботируют через слой жидкости на тарелки. При этом в случае струйного и пенного режимов работы тарелки, которые являются рабочими, от струй газа (пара) отделяются пузырьки, и на поверхности жидкости образуется пена. Процесс массопередачи при этом идет на поверхности контакта двух фаз за счет молекулярной и турбулентной диффузии.The mass transfer process during the operation of the bubbler sieve plates is as follows. Gas (steam) is supplied from the bottom up and, passing through the plate openings, is crushed into jets that sparge through the liquid layer onto the plates. Moreover, in the case of jet and foam operating modes of the plate, which are working, bubbles are separated from the jets of gas (vapor), and foam forms on the surface of the liquid. The mass transfer process in this case proceeds on the contact surface of two phases due to molecular and turbulent diffusion.

Поропласты и губчатые резины имеет газо- и водопроницаемые поры (капилляры) диаметром 0,01÷1 мм, а температура их эксплуатации составляет от -55 до +250°C (В.Л. Рыжов, В.И. Клочков, А.М. Воскресенский, Производство пористых резинотехнических изделий из эластомеров. - М.: ЦНИИТЭНефтехим, 1979). Такой размер капилляров обеспечивает оптимальное время пребывания жидкости на тарелки.Porous plastics and sponge rubbers have gas- and water-permeable pores (capillaries) with a diameter of 0.01 ÷ 1 mm, and their operating temperature ranges from -55 to + 250 ° C (V.L. Ryzhov, V.I. Klochkov, A.M. Voskresensky, Production of porous rubber products from elastomers. - M.: TSNIITENeftekhim, 1979). This size of capillaries provides the optimal residence time of the liquid on the plates.

Использование в качестве насадки массообменной тарелки коврика из пористого упругого полимерного материала, например поропласта или губчатой резины, позволяет разбивать поток газа (пара) на значительно большее число струй значительно меньшего диаметра. При этом струи газа (пара) практически сразу же дробятся на мелкодисперсные пузырьки, увеличивая тем самым в разы поверхность контакта фаз, что приводит к увеличению интенсивности процесса массопередачи.The use of a mat made of a porous elastic polymeric material, for example, porous plastic or sponge rubber, as a nozzle in a mass transfer plate makes it possible to split the gas (vapor) stream into a significantly larger number of jets of much smaller diameter. In this case, jets of gas (vapor) are almost immediately crushed into fine bubbles, thereby increasing the contact surface of the phases by several times, which leads to an increase in the intensity of the mass transfer process.

Использование в конструкции перфорированных плиты и крышки предотвращает колебания и унос слоя насадки (коврика из пористого упругого полимерного материала), а также обеспечивает строго горизонтальное его расположение в аппарате.The use of perforated plates and lids in the construction prevents vibrations and entrainment of the nozzle layer (a rug of porous elastic polymeric material), and also ensures its strictly horizontal arrangement in the apparatus.

Крепежные элементы крышки с плитой позволяют перемещать крышку в вертикальном направлении, изменяя пористость слоя насадки в зависимости от необходимого технологического режима работы массообменного аппарата, а перфорация плиты и крышки способствует свободному прохождению жидкости через тарелку при наименьшем гидравлическом сопротивлении. В качестве крепежных элементов могут использоваться, например, болтовые или шпилечные соединения.The fasteners of the cover with the plate allow you to move the cover in the vertical direction, changing the porosity of the nozzle layer depending on the required technological mode of operation of the mass transfer apparatus, and the perforation of the plate and cover facilitates the free passage of fluid through the plate with the least hydraulic resistance. As fasteners, for example, bolted or stud connections can be used.

На фиг. показан в качестве примера один ярус массообменной тарелки для колонных массообменных аппаратов, которая устанавливается в вертикальном цилиндрическом корпусе аппарата 1 и включает в себя слой насадки, выполненный в виде коврика 2 из пористого упругого полимерного материала, например, поропласта или губчатой резины, расположенного на плите 3, а над слоем насадки размещена крышка 4. Плита и крышка снабжены перфорацией с отверстиями 5, причем размер и расположение отверстий перфорации должны быть такими, чтобы потоки жидкости и газа (пара) проходили через тарелку с наименьшим гидравлическим сопротивлением. Крышка соединена с плитой крепежными элементами 6, представленными на схеме болтовыми соединениями, позволяющими изменять усилие затяжки болтов, перемещая тем самым крышку в вертикальном направлении и поджимая пористый упругий полимерный материал насадки, что приводит к изменению его пористости.In FIG. one example is shown of one tier of a mass transfer plate for columnar mass transfer apparatuses, which is installed in a vertical cylindrical body of apparatus 1 and includes a nozzle layer made in the form of a rug 2 from a porous elastic polymeric material, for example, a foam or sponge rubber, located on the plate 3 and a cover 4 is placed above the nozzle layer. The plate and the cover are provided with perforations with holes 5, and the size and location of the holes of the perforations must be such that the flow of liquid and gas (vapor) p ohodili through the plate with the lowest flow resistance. The lid is connected to the plate with fasteners 6, represented on the diagram by bolt connections, which allow changing the tightening force of the bolts, thereby moving the lid in the vertical direction and pressing the porous elastic polymer material of the nozzle, which leads to a change in its porosity.

Массообменная тарелка работает следующим образом. Жидкость из вышележащей тарелки подается на перфорированную крышку 4 тарелки и через отверстия 5 перфорации крышки 4 попадает на слой насадки, выполненный в виде коврика 2 из пористого упругого полимерного материала, например, поропласта или губчатой резины, уложенного на плиту 3. Через отверстия 5 перфорации плиты 3 подается газ (пар), который просачивается в виде пузырьков и струй через капилляры пористого упругого полимерного материала слоя насадки 2. При этом жидкость противотоком через капилляры стекает с тарелки на нижележащую тарелку. Постоянный уровень слоя жидкости на тарелки поддерживается за счет удержания соотношения расходов жидкости и газа (пара).Mass transfer plate works as follows. The liquid from the overlying plate is fed to the perforated cover 4 of the plate and through the holes 5 of the perforation of the cover 4 it enters the nozzle layer made in the form of a rug 2 made of porous elastic polymeric material, for example, foam or sponge rubber, laid on the plate 3. Through holes 5 of the plate perforation 3 gas (steam) is supplied, which seeps in the form of bubbles and jets through the capillaries of the porous elastic polymeric material of the layer of the nozzle 2. In this case, the liquid flows countercurrently through the capillaries from the plate to the underlying plate. A constant level of the liquid layer on the plates is maintained by maintaining the ratio of the flow rates of liquid and gas (steam).

При осуществлении в аппаратах массообменных процессов идущих без нагревания и кипения, например изотермической и неизотермической абсорбции, за счет развитой поверхности капилляров пористого упругого полимерного материала образуется большое количество струй газа, которые дробятся на мелкодисперсные пузырьки, барботирующие через слой жидкости на тарелке. При этом многократно увеличивается поверхность контакта фаз, что приводит к значительному увеличению интенсивности процесса массопередачи.When mass transfer processes are carried out in the apparatus without heating and boiling, for example, isothermal and nonisothermal absorption, due to the developed capillary surface of the porous elastic polymeric material, a large number of gas jets are formed, which are crushed into fine bubbles bubbling through a liquid layer on a plate. In this case, the contact surface of the phases increases many times, which leads to a significant increase in the intensity of the mass transfer process.

При осуществлении в аппаратах массообменных процессов идущих с использованием нагревания и кипения жидкостей, например экстракции и ректификации, на тарелки происходит пузырьковое кипение жидкости, а процесс массопередачи осуществляется при «пробулькивании» под давлением пузырьков пара через слой жидкости на тарелке.When mass transfer processes are carried out using heat and boiling liquids, for example, extraction and rectification, bubble boiling of the liquid occurs on the plates, and the mass transfer process is carried out by “bubbling” under pressure of vapor bubbles through the liquid layer on the plate.

Соединение крышки с плитой тарелки при помощи крепежных элементов - болтовых соединений 6 позволяет регулировать усилие затяжки болтов, изменяя тем самым пористость упругого полимерного материала, т.е. позволяет изменять диаметр его капилляров. Это обстоятельство дает возможность тарелки работать сразу в нескольких режимах при неизменном соотношении расходов жидкости и газа (пара).The connection of the lid to the plate of the plate with the help of fasteners - bolt connections 6 allows you to adjust the tightening torque of the bolts, thereby changing the porosity of the elastic polymer material, i.e. allows you to change the diameter of its capillaries. This circumstance makes it possible for the plate to work in several modes at once with the ratio of liquid and gas (steam) flow rates unchanged.

При этом в случае внезапного прекращения поступления газа (пара) или значительного снижения его подачи, тарелка не будет полностью опорожняется от жидкости через капилляры слоя насадки 2, так как они имеют небольшой диаметр, и жидкость внутри них будет удерживаться за счет сил внутрикапиллярного давления. Это обстоятельство позволяет эксплуатировать аппарат с предлагаемой массообменной тарелкой в широком диапазоне нагрузок по жидкости и газу (пару).In this case, in the case of a sudden cessation of gas (steam) flow or a significant decrease in its supply, the plate will not be completely emptied from the liquid through the capillaries of the nozzle layer 2, since they have a small diameter, and the liquid inside them will be retained due to the forces of intracapillary pressure. This circumstance makes it possible to operate the apparatus with the proposed mass transfer plate in a wide range of liquid and gas loads (steam).

Таким образом, предлагаемая массообменная тарелка для колонных массообменных аппаратов позволяет значительно увеличить интенсивность процесса массопередачи за счет развитой поверхности контакта фаз.Thus, the proposed mass transfer plate for columned mass transfer apparatus can significantly increase the intensity of the mass transfer process due to the developed phase contact surface.

Claims

A mass transfer plate, including a perforated plate, mounted on the belt one above the other in a vertical cylindrical column, and a nozzle layer located on the plate, characterized in that the nozzle layer is made in the form of a mat of porous elastic polymeric material, foam or sponge rubber, and is installed above it using fasteners perforated cover with the possibility of vertical movement.