RU158005U1

RU158005U1 - VALVE PLATE

Info

Publication number: RU158005U1
Application number: RU2015100432/05U
Authority: RU
Inventors: Пётр Сергеевич Васильев; Александр Борисович Голованчиков; Леонид Саввич Рева; Сергей Леонидович Рева; Ксения Васильевна Чёрикова; Виктория Джабраиловна Железникова
Priority date: 2015-01-12
Filing date: 2015-01-12
Publication date: 2015-12-20

Abstract

Клапанная тарелка для процессов массообмена, клапаны которой снабжены опорным элементом, выполненным из тонколистового материала, с уступами, ограничивающими подъём клапана и обеспечивающими его посадку с зазором по отношению к плоскости тарелки, и с вставкой из пористого упругого полимерного материала с сообщающимися порами, закреплённой в нижней его части, отличающаяся тем, что опорный элемент выполнен в виде полого усечённого конуса, отношение диаметров оснований которого составляетгде d - диаметр меньшего основания усечённого конуса, мм,D - диаметр большего основания усечённого конуса, мм.Valve plate for mass transfer processes, the valves of which are equipped with a support element made of sheet material, with ledges limiting the valve lift and ensuring its seating with a gap in relation to the plate plane, and with an insert made of porous elastic polymer material with communicating pores fixed in the lower parts thereof, characterized in that the support element is made in the form of a hollow truncated cone, the ratio of the diameters of the bases of which is where d is the diameter of the smaller base of the truncated cone ca mm, D - diameter of the larger base of the truncated cone 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, квадратные, прямоугольные, 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. 107; Стабников В.Н. Расчет и конструирование контактных устройств ректификационных и абсорбционных аппаратов. -Киев: Техника, 1970. - с. 75-78).Known contact elements of valve plates of various shapes: round, square, rectangular, with the same or different heights of rise along the perimeter of the valve (Alexandrov I.A. Distillation and absorption apparatuses. Calculation methods and design fundamentals; ed. 2-nd. - M .: Chemistry, 1971. - p. 107; Stabnikov V.N. Calculation and design of contact devices for distillation and absorption apparatus.-Kiev: Technique, 1970. - pp. 75-78).

Известна клапанная тарелка «Триэн» с трапециевидными клапанами, содержащими ограничивающие их подъем три ножки, из которых передняя расположена на вершине трапеции клапана, а две задние расположены на основании трапеции, при этом клапаны в основании трапеции снабжены козырьком с отогнутой вниз кромкой, а у вершины трапеции - двумя пуклевками (патент РФ 23656, МПК F16K 1/00, 27.06.2002 г.).Known valve plate "Trien" with trapezoidal valves containing limiting their rise three legs, of which the front is located on top of the trapezoidal valve, and the two rear ones are located on the base of the trapezium, while the valves at the base of the trapezoid are equipped with a visor with a bent down edge, and at the top trapeziums - two beetles (RF patent 23656, IPC F16K 1/00, 06/27/2002).

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 всех этих конструкций является ограниченно развитая поверхность массопередачи из-за малой поверхности образующихся в них крупных пузырьков газа (пара), что приводит к уменьшению эффективности массопередачи. При этом, чем больший размер имеют пузырьки газа (пара), тем меньшее их количество образовывается в клапанах рассматриваемых тарелок, что приводит к еще большему снижению эффективности массопередачи.A significant drawback of all these designs 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 efficiency. Moreover, the larger the gas (vapor) bubbles are, the smaller their number is formed in the valves of the plates in question, which leads to an even greater decrease in the mass transfer efficiency.

Наиболее близким техническим решением, принятым за прототип, является 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 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 made in the form of a cylinder with ledges, limiting the valve lift and ensuring its landing with a gap with respect to the plate plane, while the cylinder of the supporting element is made perforated from 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 polymer m is fixed material with communicating pores, while the outer diameter of the hollow cylinder is determined by the ratio

d=(0,85÷0,95)D,d = (0.85 ÷ 0.95) D,

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

D - диаметр опорного элемента, мм (патент РФ №143613, МПК B01D 3/22, 27.07.2014 г.).D is the diameter of the support element, mm (RF patent No. 143613, IPC B01D 3/22, 07.27.2014).

Недостатками данной клапанной тарелки являются вероятность заклинивания клапанов за счет образования коксоотложений внутри полого перфорированного цилиндра, а также склонность к загрязнению его отверстий перфорации, что резко уменьшает надежность работы клапанов тарелки, что, в свою очередь, приводит к уменьшению эффективности массоопедачи.The disadvantages of this valve disc are the likelihood of jamming of the valves due to the formation of coke deposits inside the hollow perforated cylinder, as well as the tendency to contaminate its perforation holes, which sharply reduces the reliability of the valve plates, which, in turn, reduces the efficiency of mass transfer.

Задача, на которую направлено данное техническое решение -разработка эффективной и надежной в работе конструкции клапанной тарелки.The task this technical solution is aimed at is developing an effective and reliable valve plate design.

Техническим результатом предлагаемой конструкции является повышение надежности работы клапанной тарелки.The technical result of the proposed design is to increase the reliability of the valve plate.

Технический результат достигается тем, что клапанная тарелка для процессов массообмена, клапаны которой снабжены опорным элементом, выполненным из тонколистового материала, с уступами, ограничивающими подъем клапана и обеспечивающими его посадку с зазором по отношению к плоскости тарелки, и с вставкой из пористого упругого полимерного материала с сообщающимися порами, закрепленной в нижней его части, при этом опорный элемент выполнен в виде полого усеченного конуса, отношение диаметров оснований которого составляетThe 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 of sheet material, with ledges that limit the valve lift and ensure its fit with a gap in relation to the plate plane, and with an insert made of porous elastic polymer material with communicating pores fixed in its lower part, while the supporting element is made in the form of a hollow truncated cone, the ratio of the diameters of the bases of which is

где d - диаметр меньшего основания усеченного конуса, мм,where d is the diameter of the smaller base of the truncated cone, mm,

D - диаметр большего основания усеченного конуса, мм.D is the diameter of the larger base of the truncated cone, mm

Выполнение опорных элементов клапана в виде усеченного конуса, диаметр меньшего основания которого определяется отношением (1), позволяет газу (пару) свободно проходить через кольцевой зазор между опорным элементом и тарелкой, что обеспечивает возможность саморегулирования поднятия клапана на определенную высоту, которая зависит от расхода газа (пара). Кроме того, это также обеспечивает такую площадь проходного сечения для газа (пара), при которой практически исключается возможность образования коксоотложений и других загрязнений в зазоре между опорным элементом и тарелкой, что повышает надежность работы клапанов тарелки и, в свою очередь, приводит к увеличению эффективности массопередачи. Это обстоятельство можно объяснить следующим образом. В крайнем нижнем положении клапаны полностью не закрываются, и между опорными элементами и тарелкой всегда остается кольцевой зазор для прохождения газа (пара), который только увеличивается при поднятии клапана. За счет этого при работе клапанной тарелки ее клапаны вместе с опорными элементами постоянноThe implementation of the valve support elements in the form of a truncated cone, the diameter of the smaller base of which is determined by the relation (1), allows gas (steam) to freely pass through the annular gap between the support element and the plate, which makes it possible to self-adjust the valve to a certain height, which depends on the gas flow (couple). In addition, it also provides such a cross-sectional area for gas (steam), which practically eliminates the possibility of coke deposits and other contaminants in the gap between the support element and the plate, which increases the reliability of the plate valves and, in turn, increases the efficiency mass transfer. This circumstance can be explained as follows. In the lowermost position, the valves do not completely close, and there is always an annular gap between the support elements and the plate for the passage of gas (steam), which only increases when the valve is lifted. Due to this, when the valve plate is operating, its valves together with the supporting elements are constantly

совершают колебательные движения в горизонтальном направлении внутри посадочных отверстий в тарелке, что приводит к постоянному истиранию коксоотложений и других загрязнений, образующихся либо на внешней поверхности опорных элементов, либо на внутренней поверхности посадочных отверстий в тарелке. Интенсивность истирания увеличивается с увеличением амплитуды колебаний опорных элементов, т.е. с увеличением кольцевого зазора между ними и тарелкой. Подобная «самоочистка» в процессе работы клапанной тарелки предохраняет ее клапаны от залипания за счет образующихся коксоотложений и других загрязнений, позволяет им беспрепятственно подниматься на необходимую высоту и повышает надежность работы клапанной тарелки в целом.perform oscillatory movements in the horizontal direction inside the landing holes in the plate, which leads to constant abrasion of coke deposits and other contaminants generated either on the outer surface of the support elements or on the inner surface of the landing holes in the plate. The abrasion intensity increases with increasing amplitude of vibrations of the supporting elements, i.e. with an increase in the annular gap between them and the plate. Such "self-cleaning" during the operation of the valve plate protects its valves from sticking due to the formation of coke deposits and other contaminants, allows them to freely rise to the required height and increases the reliability of the valve plate as a whole.

Уменьшение диаметра меньшего основания усеченного конуса ниже заявленного предела, равного 0,65 диаметра верхнего основания усеченного конуса, приводит к сокращению количества открытых пор, расположенных в плоскости меньшего основания опорного элемента, что приводит к уменьшению числа струй и мелкодисперсных капель, образующихся за счет прохождения жидкости через вставку из пористого упругого полимерного материала с сообщающимися порами, например, поропласта или губчатой резины. Это обстоятельство способствует уменьшению поверхности контакта фаз, что снижает эффективность массопередачи.Reducing the diameter of the smaller base of the truncated cone below the stated limit equal to 0.65 of the diameter of the upper base of the truncated cone, reduces the number of open pores located in the plane of the smaller base of the support element, which leads to a decrease in the number of jets and fine droplets formed due to the passage of fluid through an insert made of porous elastic polymeric material with interconnected pores, for example, foam or sponge rubber. This circumstance helps to reduce the contact surface of the phases, which reduces the mass transfer efficiency.

Увеличение диаметра меньшего основания усеченного конуса ниже заявленного предела, равного 0,85 диаметра верхнего основания усеченного конуса, приводит к уменьшению проходного сечения для газа (пара), т.е. уменьшению площади кольцевого зазора между опорным элементом и тарелкой, что значительно увеличивает ее гидравлическое сопротивление. Это обстоятельство снижает допустимый диапазон нагрузок по газу (пару) клапанной тарелки, что приводит к уменьшению эффективности массопередачи. Кроме того, уменьшение площади кольцевого зазора приводит к возрастанию вероятности образования коксоотложений и других загрязнений в нем, что снижает надежность работы клапанов тарелки и приводит, в свою очередь, к еще большему снижению эффективности массопередачи.An increase in the diameter of the smaller base of the truncated cone below the stated limit equal to 0.85 of the diameter of the upper base of the truncated cone leads to a decrease in the bore for gas (steam), i.e. reducing the area of the annular gap between the support element and the plate, which significantly increases its hydraulic resistance. This circumstance reduces the allowable range of gas loads (steam) of the valve disc, which leads to a decrease in mass transfer efficiency. In addition, a decrease in the area of the annular gap leads to an increase in the likelihood of formation of coke deposits and other contaminants in it, which reduces the reliability of the plate valves and, in turn, leads to an even greater decrease in mass transfer efficiency.

На фиг. показан общий вид в разрезе клапанной тарелки.In FIG. shows a General view in section of a valve disc.

Клапанная тарелка 1 для процессов массообмена состоит из клапанов 2, снабженных опорным элементом 3, выполненным из тонколистового материала, с уступами 4, ограничивающими подъем клапана 2 и обеспечивающими его посадку с зазором по отношению к плоскости тарелки 1. В нижней части опорного элемента 3 закреплена вставка 5 из пористого упругого полимерного материала с сообщающимися порами, например, поропласта или губчатой резины, а сам опорный элемент 3 выполнен в виде полого усеченного конуса, диаметр меньшего основания которого определяется соотношением (1).Valve plate 1 for mass transfer processes consists of valves 2, equipped with a supporting element 3 made of sheet material, with ledges 4, limiting the rise of valve 2 and ensuring its landing with a gap with respect to the plane of the plate 1. An insert is fixed at the bottom of the supporting element 3 5 from a porous elastic polymeric material with interconnected pores, for example, foam or sponge rubber, and the support element 3 itself is made in the form of a hollow truncated cone, the diameter of the smaller base of which is determined ootnosheniem (1).

Клапанная тарелка работает следующим образом. Газ (пар) подается снизу вверх и, проходя через кольцевой зазор между тарелкой 1 и опорным элементом 3, выполненным из тонколистового материала, 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 площадь кольцевого зазора между тарелкой 1 и опорным элементом 3, что приводит к увеличению количества газовых (паровых) пузырьков, выходящих из кольцевого зазора и, соответственно, увеличивает поверхность контакта фаз. При этом опорный элемент 3 постоянной совершает колебательные движения в горизонтальном направлении, что приводит к своевременному истиранию образующихся внутри кольцевого зазора коксоотложений и других загрязнений, позволяя ему свободно подниматься и опускаться на нужную высоту в зависимости от расхода газа (пара), что увеличивает надежность работы всей клапанной тарелки 1. 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 вставки 5 из упругого полимерного материала, расположенного в нижней части опорного элемента 3, дробится на значительное количество струй и мелкодисперсных капель, стекающих вниз на нижележащую тарелку. Часть струй в процессе своего падения на нижележащую тарелку также дробится на мелкодисперсные капли жидкости, тем самым еще больше увеличивая поверхность контакта фаз. При этом расположение вставки 5 из пористого упругого полимерного материала с сообщающимися порами в нижней части опорного элемента 3 позволяет создать гидрозатвор, который надежно препятствует прохождению через вставку 5 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 5 из пористого упругого полимерного материала с сообщающимися порами, на струи и мелкодисперсные капли.Valve plate works as follows. Gas (steam) is supplied from the bottom up and passing through the annular gap between the plate 1 and the supporting element 3 made of sheet material, sparges through the liquid layer on the plate 1 in the form of gas (steam) bubbles, which leads to intense mass transfer between the gas (steam) ) and 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, increasing the annular gap between the plate 1 and the support element 3, which leads to an increase in the number of gas (steam) bubbles leaving annular gap and, accordingly, increases the contact surface of the phases. In this case, the supporting element 3 constant oscillates in the horizontal direction, which leads to the timely abrasion of coke deposits and other contaminants formed inside the annular gap, allowing it to freely rise and fall to the desired height depending on the gas flow rate (steam), which increases the reliability of the entire valve plate 1. With unstable values of gas (steam) flow, ledges 4 contribute to maintaining a stable mass transfer process, not allowing valve 2 to completely close when low flow rate of gas (steam) and do not fall out of the body of the plate 1 with a large flow rate of gas (steam). The liquid on the plate 1 is fed from top to bottom, enters the valve 2 and, passing through the interconnected pores of the insert 5 made of elastic polymer material located in the lower part of the support element 3, is crushed into a significant number of jets and fine droplets flowing down onto the underlying plate. Part of the jets in the process of its fall on the underlying plate is also crushed into finely divided liquid droplets, thereby further increasing the contact surface of the phases. The location of the insert 5 of a porous elastic polymeric material with communicating pores in the lower part of the support element 3 allows you to create a water seal that reliably prevents the passage of gas (vapor) through the insert 5 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 5 of a porous elastic polymeric material with interconnected pores, onto jets and fine droplets.

Таким образом, предлагаемая конструкция позволяет повысить надежность работы клапанной тарелки.Thus, the proposed design improves the reliability of the valve plate.

Claims

Valve plate for mass transfer processes, the valves of which are equipped with a support element made of sheet material, with ledges limiting the valve lift and ensuring its seating with a gap in relation to the plate plane, and with an insert made of porous elastic polymer material with communicating pores fixed in the lower parts thereof, characterized in that the supporting element is made in the form of a hollow truncated cone, the ratio of the diameters of the bases of which is

\frac{d}{D} = (0.65 \div 0.85),

where d is the diameter of the smaller base of the truncated cone, mm,

D is the diameter of the larger base of the truncated cone, mm.