RU143613U1

RU143613U1 - VALVE PLATE

Info

Publication number: RU143613U1
Application number: RU2014113006/05U
Authority: RU
Inventors: Петр Сергеевич Васильев; Александр Борисович Голованчиков; Сергей Леонидович Рева; Леонид Саввич Рева; Ксения Васильевна Чёрикова; Александр Андреевич Максимов
Priority date: 2014-04-03
Filing date: 2014-04-03
Publication date: 2014-07-27

Abstract

Клапанная тарелка для процессов массообмена, клапаны которой снабжены опорным элементом, выполненным в виде цилиндра с уступами, ограничивающими подъем клапана и обеспечивающими его посадку с зазором по отношению к плоскости тарелки, отличающаяся тем, что цилиндр опорного элемента выполнен перфорированным из тонколистового материала, а соосно с ним на клапане установлен полый цилиндр, в нижней части которого закреплена цилиндрическая вставка из пористого упругого полимерного материала с сообщающимися порами, при этом наружный диаметр полого цилиндра определяется соотношениемd=(0,85÷0,95)D,где d - наружный диаметр полого цилиндра, мм;D - диаметр цилиндра опорного элемента, мм.Valve plate for mass transfer processes, the valves of which are equipped with a support element made in the form of a cylinder with ledges that limit the valve lift and allow it to fit with a gap relative to the plane of the plate, characterized in that the cylinder of the support element is made of perforated sheet material, and coaxially with a hollow cylinder is installed on the valve, in the lower part of which a cylindrical insert of porous elastic polymer material with interconnected pores is fixed, while the outer diameter p of the hollow cylinder is determined by the relation d = (0.85 ÷ 0.95) D, where d is the outer diameter of the hollow cylinder, mm; D is the cylinder diameter of the supporting element, mm.

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.

Известны контактные элементы клапанных тарелок различной формы: круглые, прямоугольные, трапециевидные, с одинаковой или разной высотой подъема по периметру клапана (Александров И.А. Ректификационные и абсорбционные аппараты. Методы расчета и основы конструирования; изд. 2-е. - М.: Химия, 1971. - с. 106.; Стабников В.Н. Расчет и конструирование контактных устройств ректификационных и абсорбционных аппаратов. - Киев: Техника, 1970. - с. 75.).Known contact elements of valve plates of various shapes: round, rectangular, trapezoidal, with the same or different heights of rise along the perimeter of the valve (Alexandrov I.A. Rectification and absorption apparatuses. Calculation methods and design fundamentals; ed. 2 nd - M .: Chemistry, 1971. - p. 106 .; Stabnikov VN Calculation and design of contact devices for distillation and absorption apparatus. - Kiev: Technique, 1970. - p. 75.).

Известна конструкция контактного элемента клапанной тарелки, выполненный в виде диска, связанного с перфорированным цилиндром, при этом перфорация выполнена с уменьшением площади сечения к диску (патент РФ №2104732, МПК B01D 3/30, B01D 3/22, 20.02.1998 г.).The known design of the contact element of the valve plate, made in the form of a disk associated with a perforated cylinder, while the perforation is made with a decrease in the cross-sectional area to the disk (RF patent No. 2104732, IPC B01D 3/30, B01D 3/22, 02.20.1998) .

Известна клапанная тарелка для процессов массообмена, клапаны которой снабжены ножками, выполняющими роль опорного элемента, ограничивающими подъем клапана, а ножки клапана или сам клапан имеют уступы, обеспечивающие посадку клапана с зазором по отношению к плоскости тарелки (авторское свидетельство СССР №186967, МПК B01D 3/18, B01D 3/20, B01D 53/18, 11.10.1966 г.).Known valve plate for mass transfer processes, the valves of which are equipped with legs acting as a supporting element, limiting the valve lift, and the valve legs or the valve itself have ledges that allow the valve to fit with a clearance in relation to the plate plane (USSR author's certificate No. 186967, IPC B01D 3 / 18, B01D 3/20, B01D 53/18, 10/11/1966).

Существенным недостатком обеих этих конструкций является ограниченно развитая поверхность массопередачи из-за малой поверхности образующихся в них крупных пузырьков газа (пара), что приводит к уменьшению интенсивности массопередачи. При этом, чем больший размер будут иметь пузырьки газа (пара), тем меньшее их количество будет образовываться в клапанах рассматриваемых тарелок, что приведет к еще большему снижению интенсивности массопередачи.A significant drawback of both of these structures is the limited development of the mass transfer surface due to the small surface of the large gas (vapor) bubbles formed in them, which leads to a decrease in the mass transfer intensity. Moreover, the larger the gas (vapor) bubbles will be, the smaller their number will be formed in the valves of the plates in question, which will lead to an even greater decrease in the mass transfer intensity.

Наиболее близким техническим решением, принятым за прототип, является клапанная тарелка для процессов массообмена, клапаны которой снабжены опорным элементом с уступами, ограничивающими подъем клапана, обеспечивающим посадку клапана с зазором по отношению к плоскости тарелки, при этом опорный элемент выполнен в виде цилиндра из пористого материала (патент РФ №133430, МПК B01D 3/22, 20.10.2013 г.).The closest technical solution adopted for the prototype is a valve plate for mass transfer processes, the valves of which are equipped with a support element with ledges limiting the valve lift, which allows the valve to fit with a gap with respect to the plate plane, while the support element is made in the form of a cylinder of porous material (RF patent No. 133430, IPC B01D 3/22, 10.20.2013).

Недостатком данной клапанной тарелки является значительное гидравлическое сопротивление клапана при прохождении через него газа (пара), что сужает диапазон допустимых нагрузок по жидкости и газу (пару), что, в свою очередь, приводит к уменьшению интенсивности массоопедачи.The disadvantage of this valve plate is the significant hydraulic resistance of the valve when gas (steam) passes through it, which narrows the range of allowable loads for liquid and gas (steam), which, in turn, leads to a decrease in 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 клапанная тарелка для процессов массообмена, клапаны которой снабжены опорным элементом, выполненным в виде цилиндра с уступами, ограничивающими подъем клапана и обеспечивающими его посадку с зазором по отношению к плоскости тарелки, при этом цилиндр опорного элемента выполнен перфорированным из тонколистового материала, а соосно с ним на клапане установлен полый цилиндр, в нижней части которого закреплена цилиндрическая вставка из пористого упругого полимерного материала с сообщающимися порами, при этом наружный диаметр полого цилиндра определяется соотношениемThe technical result is achieved by the fact that the valve plate for mass transfer processes, the valves of which are equipped with a support element made in the form of a cylinder with ledges, limiting the valve lift and ensuring its landing with a gap in relation to the plate plane, while the cylinder of the supporting element is made of perforated sheet material and, coaxially with it, a hollow cylinder is installed on the valve, in the lower part of which a cylindrical insert of porous elastic polymeric material is fixed with communicating ramie, wherein the outer diameter of the hollow cylinder defined by the relation

где d - наружный диаметр полого цилиндра, мм,where d is the outer diameter of the hollow cylinder, mm,

D - диаметр цилиндра опорного элемента, мм.D is the cylinder diameter of the support element, mm

Использование в предлагаемой конструкции клапанной тарелки для процессов массообмена вставок из пористого упругого полимерного материала с сообщающимися порами, например, поропласта или губчатой резины, позволяет разбивать поток жидкости (при его прохождении через вставки из этого материала) на значительное количество струй и мелкодисперсных капель, которые стекают вниз на нижележащую тарелку. При этом стекающие вниз струи жидкости в процессе своего падения на нижележащую тарелку также дробятся на мелкодисперсные капли, увеличивая тем самым в разы поверхность контакта фаз, что приводит к увеличению интенсивности процесса массопередачи.The use in the proposed design of the valve plate for the processes of mass transfer of inserts of a porous elastic polymer material with interconnected pores, for example, poroplast or sponge rubber, allows you to break the fluid flow (when passing through the inserts of this material) into a significant number of jets and fine droplets that flow down to the underlying plate. In this case, the streams of liquid flowing down during their fall onto the underlying plate are also crushed into fine droplets, thereby increasing the contact surface of the phases by several times, which leads to an increase in the intensity of the mass transfer process.

Закрепление цилиндрических вставок из пористого упругого полимерного материала в нижней части полого цилиндра каждого клапана позволяет создать гидравлический затвор (гидрозатвор), препятствующий прохождению через вставки из пористого упругого полимерного материала снизу вверх газа (пара) и способствующий прохождению сверху вниз жидкости. Таким образом, жидкость с вышележащей тарелки на нижележащую может свободно проходить через вставки из пористого упругого полимерного материала клапанов. Это обстоятельство позволяет отказаться от использования в конструкции предлагаемой клапанной тарелки сливных и приемных устройств для жидкости, которые сокращают полезную площадь тарелки на 20÷25%, что приводит к уменьшению общего числа тарелок в массообменных аппаратах, а также к уменьшению их гидравлического сопротивления, что, в свою очередь, ведет к увеличению интенсивности массопередачи и снижению себестоимости выпускаемой продукции.Fixing cylindrical inserts of a porous elastic polymer material in the lower part of the hollow cylinder of each valve allows you to create a hydraulic shutter (water seal), which prevents gas (steam) from passing through the inserts of porous elastic polymer material from the bottom up and facilitates the passage of liquid from top to bottom. Thus, the liquid from the overlying plate to the underlying one can freely pass through the inserts of the porous elastic polymer material of the valves. This circumstance allows us to abandon the use in the design of the proposed valve disc drain and receiving devices for liquids, which reduce the useful area of the plate by 20 ÷ 25%, which leads to a decrease in the total number of plates in the mass transfer apparatus, as well as to a decrease in their hydraulic resistance, which in turn, it leads to an increase in the intensity of mass transfer and a reduction in the cost of production.

Выполнение опорных элементов клапана в виде перфорированного цилиндра, а также установка на клапане соосно с опорным элементом полого цилиндра, наружный диаметр которого определяется соотношением (1), позволяет газу (пару) свободно проходить через кольцевой зазор между двумя цилиндрами и далее через отверстия перфорации для барботажа через слой жидкости на тарелки, что обеспечивает возможность саморегулирования поднятия клапана на определенную высоту, которая зависит от расхода газа (пара). А выполнение цилиндра опорного элемента из тонколистового материала позволяет уменьшить общую массу клапана, расширяя тем самым диапазон его саморегулирования (т.е. диапазон высоты, на которую он может приподняться под действием потока газа (пара)), что приводит к сохранению пенного режима работы тарелки при повышенном расходе газа (пара) и обеспечивает высокую интенсивность массопередачи.The implementation of the supporting elements of the valve in the form of a perforated cylinder, as well as the installation on the valve coaxially with the supporting element of the hollow cylinder, the outer diameter of which is determined by the ratio (1), allows the gas (pair) to freely pass through the annular gap between the two cylinders and then through the perforation holes for bubbling through a layer of liquid on the plates, which provides the possibility of self-regulation of raising the valve to a certain height, which depends on the flow of gas (steam). And the implementation of the cylinder supporting element of sheet material allows you to reduce the total mass of the valve, thereby expanding the range of its self-regulation (i.e., the range of heights to which it can rise under the action of a gas flow (steam)), which leads to the preservation of the foam mode of operation of the plate with increased gas (steam) consumption and provides a high mass transfer rate.

Уменьшение наружного диаметра полого цилиндра ниже заявленного предела, равного 0,85 диаметра цилиндра опорного элемента, приводит к снижению саморегулирующей способности клапана из-за увеличения площади поперечного сечения кольцевого зазора между двумя цилиндрами для прохождения газа (пара). Это обстоятельство снижает допустимый диапазон нагрузок по газу (пару) клапанной тарелки, что приводит к уменьшению интенсивности массопередачи.Reducing the outer diameter of the hollow cylinder below the stated limit equal to 0.85 of the cylinder diameter of the supporting element leads to a decrease in the self-regulating ability of the valve due to an increase in the cross-sectional area of the annular gap between the two cylinders for the passage of gas (steam). This circumstance reduces the allowable range of gas loads (steam) of the valve disc, which leads to a decrease in the mass transfer intensity.

Увеличение наружного диаметра полого цилиндра выше заявленного предела, равного 0,95 диаметра цилиндра опорного элемента, приводит к увеличению гидравлического сопротивления кольцевого зазора между двумя цилиндрами для прохождения газа (пара) из-за уменьшения площади поперечного сечения этого зазора. Это обстоятельство также снижает допустимый диапазон нагрузок по газу (пару) клапанной тарелки, что приводит к уменьшению интенсивности массопередачи.An increase in the outer diameter of the hollow cylinder above the declared limit equal to 0.95 of the cylinder diameter of the support element leads to an increase in the hydraulic resistance of the annular gap between the two cylinders for the passage of gas (steam) due to a decrease in the cross-sectional area of this gap. This fact also reduces the allowable range of gas loads (steam) of the valve plate, which leads to a decrease in the mass transfer intensity.

На фигуре показан общий вид в разрезе клапанной тарелки.The figure shows a General view in section of a valve disc.

Клапанная тарелка 1 для процессов массообмена состоит из клапанов 2, снабженных опорным элементом 3, выполненном в виде перфорированного цилиндра из тонколистового материала, с уступами 4, ограничивающими подъем клапана 2 и обеспечивающими его посадку с зазором по отношению к плоскости тарелки 1, установленного соосно с опорным элементом 3 полого цилиндра 5, наружный диаметр которого определяется соотношением (1), в нижней части которого закреплена цилиндрическая вставка 6 из пористого упругого полимерного материала с сообщающимися порами, например, поропласта или губчатой резины.Valve plate 1 for mass transfer processes consists of valves 2, equipped with a supporting element 3, made in the form of a perforated cylinder of sheet material, with ledges 4, limiting the rise of valve 2 and providing its landing with a gap with respect to the plane of the plate 1, mounted coaxially with the supporting element 3 of the hollow cylinder 5, the outer diameter of which is determined by the ratio (1), in the lower part of which is fixed a cylindrical insert 6 of a porous elastic polymer material with interconnected pores, for example, foam or sponge rubber.

Клапанная тарелка работает следующим образом. Газ (пар) подается снизу вверх и проходит в кольцевой зазор, образованный опорным элементом 3, выполненном в виде перфорированного цилиндра из тонколистового материала, и полым цилиндром 5. Затем выходит из кольцевого зазора между двумя цилиндрами через отверстия перфорации опорного элемента 3 и барботирует через слой жидкости на тарелке 1 в виде газовых (паровых) пузырьков, что приводит к интенсивному массообмену между газом (паром) и жидкостью. При увеличении расхода газа (пара) клапан 2 вместе с опорным элементом 3 приподнимаются над тарелкой 1 на высоту, ограниченную уступами 4, увеличивая тем самым поверхность контакта фаз за счет большего количества газовых (паровых) пузырьков, выходящих из большего количества отверстий перфорации. При нестабильных значениях расхода газа (пара) уступы 4 способствуют поддержанию устойчивого процесса массопередачи, не позволяя клапану 2 полностью закрыться при малом расходе газа (пара) и не выпасть из тела тарелки 1 при большом расходе газа (пара). Жидкость на тарелку 1 подается сверху вниз, попадает внутрь клапана 2 и, проходя через сообщающиеся поры упругого полимерного материала цилиндрической вставки 6, расположенной в нижней части полого цилиндра 5, дробится на значительное количество струй и мелкодисперсных капель, стекающих вниз на нижележащую тарелку. Значительная часть струй в процессе своего падения на нижележащую тарелку также дробится на мелкодисперсные капли жидкости, значительно увеличивая тем самым поверхность контакта фаз. При этом расположение вставки 6 из пористого упругого полимерного материала с сообщающимися порами в нижней части полого цилиндра 5 позволяет создать гидрозатвор, который надежно препятствует прохождению через вставки 6 снизу вверх газа (пара) и способствует прохождению сверху вниз жидкости. В связи с этим, суммарная поверхность контакта фаз в предлагаемой конструкции клапанной тарелки для процессов массообмена обеспечивается, во-первых, с помощью барботажа газа (пара) через слой жидкости на тарелке, а во-вторых, за счет дробления потока жидкости, проходящего через вставку 6 из пористого упругого полимерного материала с сообщающимися порами, на струи и мелкодисперсные капли, что позволяет значительно повысить интенсивность массопередачи.Valve plate works as follows. Gas (steam) is supplied from the bottom up and passes into the annular gap formed by the supporting element 3, made in the form of a perforated cylinder of sheet material, and a hollow cylinder 5. Then it leaves the annular gap between the two cylinders through the holes of the perforation of the supporting element 3 and sparges through the layer the liquid on the plate 1 in the form of gas (steam) bubbles, which leads to intensive mass transfer between the gas (vapor) and the liquid. With an increase in gas (steam) consumption, valve 2 together with the support element 3 rises above the plate 1 to a height limited by ledges 4, thereby increasing the phase contact surface due to a larger number of gas (steam) bubbles emerging from a larger number of perforation holes. With unstable values of gas (steam) flow, steps 4 help maintain a stable mass transfer process, preventing valve 2 from completely shutting off at low gas (steam) flow and not falling out of the body of plate 1 at high gas (steam) flow. The liquid on the plate 1 is supplied from top to bottom, enters the valve 2 and, passing through the communicating pores of the elastic polymer material of the cylindrical insert 6 located in the lower part of the hollow cylinder 5, is crushed into a significant number of jets and fine droplets flowing down onto the underlying plate. A significant part of the jets in the process of their fall on the underlying plate is also crushed into finely divided liquid droplets, thereby significantly increasing the contact surface of the phases. Moreover, the location of the insert 6 of a porous elastic polymer material with communicating pores in the lower part of the hollow cylinder 5 allows you to create a water seal that reliably prevents the passage of gas (steam) through the insert 6 from the bottom up and facilitates the passage of liquid from top to bottom. In this regard, the total phase contact surface in the proposed valve plate design for mass transfer processes is provided, firstly, by bubbling gas (steam) through the liquid layer on the plate, and secondly, by crushing the fluid flow passing through the insert 6 from a porous elastic polymer material with interconnected pores, onto jets and fine droplets, which can significantly increase the mass transfer intensity.

Таким образом, предлагаемая конструкция клапанной тарелки для процессов массообмена позволяет увеличить интенсивность процесса массопередачи за счет развитой поверхности контакта фаз.Thus, the proposed valve plate design for mass transfer processes allows to increase the intensity of the mass transfer process due to the developed phase contact surface.

Claims

Valve plate for mass transfer processes, the valves of which are equipped with a support element made in the form of a cylinder with ledges that limit the valve lift and allow it to fit with a gap relative to the plane of the plate, characterized in that the cylinder of the support element is made of perforated sheet material, and coaxially with a hollow cylinder is installed on the valve, in the lower part of which a cylindrical insert of porous elastic polymer material with interconnected pores is fixed, while the outer diameter p hollow cylinder is determined by the ratio

d = (0.85 ÷ 0.95) D,

where d is the outer diameter of the hollow cylinder, mm;

D is the cylinder diameter of the support element, mm