RU200099U1

RU200099U1 - Bubble cap plate

Info

Publication number: RU200099U1
Application number: RU2020115633U
Authority: RU
Inventors: Наталья Андреевна Прохоренко; Александр Борисович Голованчиков; Наталия Валентиновна Шибитова; Роман Саргисович Кочарян
Priority date: 2020-05-12
Filing date: 2020-05-12
Publication date: 2020-10-06

Abstract

Предлагаемое техническое решение относится к конструкциям колпачковых тарелок массообменных аппаратов и может найти применение в химической, нефтехимической, газовой, пищевой, фармацевтической, энергетической и других отраслях промышленности, а также в экологических процессах разделения растворов и газов в процессах ректификации, абсорбции, экстракции и промывки газов.Техническим результатом предлагаемой конструкции тарелки с круглыми колпачками является увеличение производительности.Поставленный технический результат достигается тем, что в колпачковой тарелке с круглыми колпачками, состоящей из основания с круглыми отверстиями и установленными в них патрубками, на которых крепятся колпачки с прорезями в нижней части, причем колпачки закрепляют с помощью шайб и гаек на изогнутых болтах, присоединенных к патрубкам, верхняя часть колпачка выполнена в виде элемента с положительной плавучестью, внутри которого осесимметрично установлена втулка с возможностью скольжения вдоль вертикальной части болта, движение которой ограничивает опорная шайба, закрепленная на нижней вертикальной части болта, причем между колпачками по всему основанию установлены отогнутые переливные устройства, направленные на колпачки низлежащих тарелок.The proposed technical solution relates to the designs of bubble cap trays of mass transfer apparatus and can be used in the chemical, petrochemical, gas, food, pharmaceutical, energy and other industries, as well as in the ecological processes of separation of solutions and gases in the processes of rectification, absorption, extraction and washing of gases. The technical result of the proposed design of a plate with round caps is an increase in productivity. The technical result is achieved by the fact that in a cap plate with round caps, consisting of a base with round holes and nozzles installed in them, on which caps with slots in the lower part are attached, and the caps are fixed with washers and nuts on curved bolts attached to the nozzles, the upper part of the cap is made in the form of an element with positive buoyancy, inside which a sleeve is axially symmetrically installed with the ability to slide along the vertical h Part of the bolt, the movement of which is limited by a support washer, fixed on the lower vertical part of the bolt, and bent overflow devices are installed between the caps along the entire base, directed to the caps of the underlying plates.

Description

Предлагаемое техническое решение относится к конструкциям колпачковых тарелок массообменных аппаратов и может найти применение в химической, нефтехимической, газовой, пищевой, фармацевтической, энергетической и других отраслях промышленности, а также в экологических процессах разделения растворов и газов в процессах ректификации, абсорбции, экстракции и промывки газов.The proposed technical solution relates to the designs of bubble cap trays of mass transfer apparatus and can be used in the chemical, petrochemical, gas, food, pharmaceutical, energy and other industries, as well as in the ecological processes of separation of solutions and gases in the processes of rectification, absorption, extraction and washing of gases. ...

Известна колпачковая тарелка с диаметрально расположенными приемными и переливными карманами, снабженными сливными и переливными трубами, паровыми патрубками и колпачками, расположенными на плите тарелки (Касатки А.Г. Основные процессы и аппараты химической технологии. - М.: Химия, 1971. - 477 с).Known cap plate with diametrically located receiving and overflow pockets, equipped with drain and overflow pipes, steam pipes and caps located on the plate plate (Kasatki A.G. Basic processes and devices of chemical technology. - M .: Chemistry, 1971. - 477 p. ).

К причине, препятствующей достижению заданного технического результата, относится невозможность регулирования высоты установки колпачков при колебаниях уровня жидкости, что приводит к неравномерности работы части колпачков по расходу газа или пара, переходу части колпачков от барботажа с образованием пузырьков к струйному течению газа или пара, снижению поверхности контакта фаз и производительности.The reason that prevents the achievement of the specified technical result is the impossibility of adjusting the height of the caps when the liquid level fluctuates, which leads to uneven operation of some of the caps in terms of gas or steam consumption, the transition of some of the caps from bubbling with the formation of bubbles to the jet flow of gas or steam, and a decrease in the surface phase contact and performance.

Известна ректификационная колпачковая тарелка, выполненная в виде диска со сливной трубой в центре и радиальной перегородкой, при этом над сливной трубой установлены колпачки различных диаметров, края которых погружены в жидкость, а кольцевые полости на тарелке разделены цилиндрическими перегородками с отверстиями для перетока жидкости (авт.св. СССР № 144820, класс 12а, 5, 1962 г.).Known rectification cap tray, made in the form of a disk with a drain pipe in the center and a radial baffle, while caps of various diameters are installed above the drain pipe, the edges of which are immersed in the liquid, and the annular cavities on the tray are separated by cylindrical partitions with holes for liquid flow (ed. St. USSR No. 144820, class 12a, 5, 1962).

К причине, препятствующей достижению заданного технического результата, относится то, что при колебаниях уровня жидкости на тарелке колпачки, установленные стационарно на номинальной высоте относительно тарелки, соответствующие среднему уровню жидкости на ней, работают неравномерно из-за чрезмерной подачи пара в жидкость на колпачках, где уровень жидкости упал, и снижению подачи пара в жидкость на колпачках, где уровень жидкости стал выше номинального, что снижает производительность.The reason that impedes the achievement of the specified technical result is that when the liquid level on the tray fluctuates, the caps installed stationary at a nominal height relative to the tray, corresponding to the average liquid level on it, work unevenly due to excessive steam supply to the liquid on the caps, where the liquid level has dropped, and a decrease in the supply of steam to the liquid at the caps, where the liquid level has become higher than the nominal, which reduces performance.

Известна массообменная тарелка, включающая перфорированное полотно с переливным порогом и расположенный на полотне теплообменник из труб, отличающаяся тем, что, с целью интенсификации разделения вязкой жидкости, трубы имеют отверстия с ниппелями, а переливной порог выполнен плавающим (авт.св. СССР № 1741844, В01D 5/22, 3/20; 1992 г.).Known mass transfer plate, including a perforated sheet with an overflow threshold and a heat exchanger located on the sheet of pipes, characterized in that, in order to intensify the separation of a viscous liquid, the pipes have holes with nipples, and the overflow threshold is made floating (ed. USSR No. 1741844, B01D 5/22, 3/20; 1992).

К причине, препятствующей достижению заданного технического результата, относится то, что плавающий переливной порог меняет высоту жидкости при колебаниях уровня жидкости на тарелке, а при малой высоте жидкости время пребывания пузырьков газа или пара, выходящих из отверстий с ниппелями, будет уменьшаться, что приводит к снижению скорости тепло- и массообменных процессов, а при повышении уровня жидкости на тарелке из-за роста гидравлического сопротивления будет снижать расход газа или пара через отверстия в ниппелях, что уменьшает поверхность тепло- и массопереноса между газом или паром и жидкостью, что будет тоже вызывать снижение производительности.The reason that prevents the achievement of the specified technical result is that the floating overflow threshold changes the height of the liquid when the liquid level on the tray fluctuates, and at a low liquid height, the residence time of gas or vapor bubbles coming out of the holes with nipples will decrease, which leads to a decrease in the rate of heat and mass transfer processes, and with an increase in the liquid level on the tray due to an increase in hydraulic resistance, it will reduce the flow of gas or steam through the holes in the nipples, which reduces the surface of heat and mass transfer between the gas or vapor and the liquid, which will also cause decreased productivity.

Известен массообменный аппарат, содержащий корпус, перфорированные диски насадки, имеющие возможность перемещения и выполненные в виде тарелок с переливными патрубками, кольцевые желоба, жестко закрепленные на внутренней боковой поверхности корпуса в местах установки тарелок, и кольца, закрепленные по краям тарелок по окружности с диаметром, равным среднему диаметру желоба, при этом на нижнем торце каждого кольца равномерно по окружности установлены элементы с положительной плавучестью в виде поплавков, а на каждом желобе в зоне переливного патрубка установлены ограничительные пластины (патент РФ № 97931, В01D 3/20, 2010 г.).Known mass transfer apparatus containing a housing, perforated nozzle disks that can be moved and made in the form of plates with overflow pipes, annular troughs rigidly fixed on the inner side surface of the body in the places where the plates are installed, and rings fixed at the edges of the plates along a circle with a diameter, equal to the average diameter of the trough, while on the lower end of each ring, elements with positive buoyancy in the form of floats are evenly installed around the circumference, and limit plates are installed on each trough in the area of the overflow pipe (RF patent No. 97931, B01D 3/20, 2010) ...

К причине, препятствующей достижению заданного технического результата, относится невозможность регулирования высоты колпачков на дисках насадки относительно уровня жидкости на дисках, так как это приводило бы при установке колпачков на дисках либо к уменьшению времени контакта газа или пара с жидкостью при уменьшении уровня жидкости на дисках, либо к уменьшению расхода газа или пара из-за роста гидравлического сопротивления при увеличении уровня жидкости на дисках, что снижало бы эффективность тепло- и массообмена между жидкостью и газом или паром и уменьшало производительность.The reason that prevents the achievement of the specified technical result is the impossibility of adjusting the height of the caps on the nozzle disks relative to the liquid level on the disks, since this would lead, when installing the caps on the disks, to a decrease in the contact time of gas or vapor with a liquid when the liquid level on the disks decreases. or to a decrease in the flow rate of gas or steam due to an increase in hydraulic resistance with an increase in the level of liquid on the disks, which would reduce the efficiency of heat and mass transfer between liquid and gas or steam and reduce productivity.

Известна тарелка с круглыми капсульными колпачками, которые состоят из основания с круглыми отверстиями и установленными в них патрубками, на которых крепятся колпачки с прорезями в нижней части, при этом колпачки закрепляют на специально изогнутых болтах, приваренных к патрубкам, с помощью шайб и гаек (Машины и аппараты химических производств: учебник для вузов / А.С. Тимонин, Б.Г. Балдин, В.Я. Борщев, Ю.И. Гусев и др. // под общей редакцией А.С. Тимонина - Калуга: издательство «Ноосфера», 2014. - 550 с).A plate with round capsule caps is known, which consist of a base with round holes and nozzles installed in them, on which caps with slots in the lower part are attached, while the caps are fixed on specially bent bolts welded to the nozzles using washers and nuts (Machines and apparatuses for chemical production: a textbook for universities / A.S. Timonin, B.G. Baldin, V.Ya.Borshchev, Yu.I. Gusev, etc. // under the general editorship of A.S. Timonin - Kaluga: publishing house " Noosphere ", 2014. - 550 s).

К причине, препятствующей достижению заданного технического результата, относится невозможность регулирования высоты прорезей в нижней части колпачка при колебаниях уровня жидкости относительно основания тарелки, что ухудшает протекание тепло- и массообменных процессов, увеличивает необходимое время этих процессов и снижает производительность.The reason that prevents the achievement of the desired technical result is the impossibility of adjusting the height of the slots in the lower part of the cap when the liquid level fluctuates relative to the base of the tray, which worsens the flow of heat and mass transfer processes, increases the required time of these processes and reduces productivity.

Наиболее близким техническим решением по совокупности признаков к заявляемому объекту и принятому за прототип является колпачковая тарелка с круглыми колпачками, состоящая из основания с круглыми отверстиями и установленными в них патрубками, на которых крепятся колпачки с прорезями в нижней части, причем колпачки закрепляют с помощью шайб и гаек на специально изогнутых болтах, присоединенных к патрубкам, отличающейся тем, что верхняя часть колпачка выполнена в виде элемента с положительной плавучестью, внутри которого осессиметрично установлена втулка с возможностью скольжения вдоль вертикальной части болта, движение которой ограничивает опорная шайба, закрепленная на нижней вертикальной части болта пластины (патент РФ № 176822, В01D 3/20, 2018 г.).The closest technical solution in terms of a set of features to the claimed object and taken as a prototype is a cap plate with round caps, consisting of a base with round holes and pipes installed in them, on which caps with slots in the lower part are attached, and the caps are fixed with washers and nuts on specially bent bolts attached to the branch pipes, characterized in that the upper part of the cap is made in the form of an element with positive buoyancy, inside which a sleeve is axially mounted with the ability to slide along the vertical part of the bolt, the movement of which is limited by a support washer fixed on the lower vertical part of the bolt plates (RF patent No. 176822, B01D 3/20, 2018).

К причине, препятствующей достижению заданного технического результата, относится недостаточный массоперенос на поверхности слоя жидкости всплывающегося колпачка с положительной плавучестью, что снижает производительность.The reason that impedes the achievement of the desired technical result is insufficient mass transfer on the surface of the liquid layer of the pop-up cap with positive buoyancy, which reduces productivity.

Техническим результатом предлагаемой конструкции тарелки с круглыми колпачками является увеличение производительности.The technical result of the proposed design of a tray with round caps is to increase productivity.

Поставленный технический результат достигается тем, что в колпачковой тарелке с круглыми колпачками, состоящая из основания с круглыми отверстиями и установленными в них патрубками, на которых крепятся колпачки с прорезями в нижней части, причем колпачки закрепляют с помощью шайб и гаек на изогнутых болтах, присоединенных к патрубкам, верхняя часть колпачка выполнена в виде элемента с положительной плавучестью, внутри которого осесимметрично установлена втулка с возможностью скольжения вдоль вертикальной части болта, движение которой ограничивает опорная шайба, закрепленная на нижней вертикальной части болта, причем между колпачками по всему основанию установлены отогнутые переливные устройства, направленные на колпачки низлежащих тарелок.The delivered technical result is achieved by the fact that in a cap tray with round caps, consisting of a base with round holes and nozzles installed in them, on which caps with slots in the lower part are attached, and the caps are fixed with washers and nuts on curved bolts attached to nozzles, the upper part of the cap is made in the form of an element with positive buoyancy, inside which a bushing is axially mounted with the ability to slide along the vertical part of the bolt, the movement of which is limited by a support washer fixed on the lower vertical part of the bolt, and bent overflow devices are installed between the caps along the entire base, aimed at the caps of the underlying plates.

Установка между колпачками по всему основанию отогнутых переливных устройств, направленных на колпачки низлежащих тарелок, позволяет стекающей жидкости попадать непосредственно на козырьки колпачков низлежащих тарелок, заставляя вращаться под действием струи стекающей жидкости, из-за чего будет происходить интенсивное перемешивание верхних слоев жидкости, и способствовать интенсификации тепло- и массообменных процессов, а также увеличению производительности.The installation between the caps on the entire base of the bent overflow devices aimed at the caps of the underlying trays allows the flowing liquid to fall directly on the caps of the underlying plates, forcing it to rotate under the action of the jet of the flowing liquid, which will cause intensive mixing of the upper layers of the liquid, and contribute to the intensification heat and mass transfer processes, as well as increased productivity.

На фиг. 1 изображен общий вид в разрезе колпачка тарелки с переливным устройством предлагаемой конструкции, на фиг.2 представлена схема предлагаемой конструкции тарелки.FIG. 1 shows a general cross-sectional view of a plate cap with an overflow device of the proposed design, figure 2 shows a diagram of the proposed design of the plate.

Колпачковая тарелка состоит из основания 1 с круглыми отверстиями и установленными в них патрубками 2, на которых закреплены на специально изогнутых болтах 3 колпачки 4 с прорезями 5 в нижней части. На верхней части каждого колпачка 4 закреплен элемент 6 с положительной плавучестью.The cap plate consists of a base 1 with round holes and nozzles 2 installed in them, on which caps 4 with slots 5 in the lower part are fixed on specially bent bolts 3. An element 6 with positive buoyancy is fixed on the top of each cap 4.

Внутри элемента 6 с положительной плавучестью осесимметрично с ним установлена втулка 7, имеющая возможность скольжения вдоль верхней вертикальной части болта 3. В нижней вертикальной части болта 3 закреплена опорная шайба 8, а на резьбе в верхней части болта 3 установлены шайба 9 и гайка 10.Inside the element 6 with positive buoyancy, a bushing 7 is installed axially symmetrically with it, which can slide along the upper vertical part of the bolt 3. A support washer 8 is fixed in the lower vertical part of the bolt 3, and a washer 9 and a nut 10 are installed on the thread in the upper part of the bolt 3.

На основании 1 между патрубками 2 установлены отогнутые переливные устройства 11, направленные на колпачки 4 низлежащих тарелок, т.е. струи жидкости через переливные устройства 11 попадают на колпачки 4 (а конкретно на элемент 6 с положительной плавучестью) низлежащих тарелок.On the base 1 between the branch pipes 2, bent overflow devices 11 are installed, directed to the caps 4 of the underlying trays, i.e. jets of liquid through the overflow devices 11 fall on the caps 4 (specifically on the element 6 with positive buoyancy) of the underlying trays.

Колпачковая тарелка работает следующим образом.The bubble cap works as follows.

При подаче жидкости на основание 1 колпачок 4 всплывает за счет элемента 6 с положительной плавучестью. Газ или пар, проходя через прорези 5, барботирует с образованием пузырьков. При всяком изменениях уровня жидкости на основании 1 колпачки 4 за счет элемента 6 с положительной плавучестью либо всплывают вместе с увеличением этого уровня, либо опускаются вниз при его уменьшении, сохраняя постоянной высоту столба жидкости между прорезями 5 и поверхностью жидкости, так как втулка 7 имеет возможность скольжения относительно вертикальной части болта 3. Опорная шайба 7 предупреждает опускание втулки 7 на изогнутую часть болта 3 вместе с колпачком 4 и элементом 6 и заклинивание втулки 7, колпачка 4 и элемента 6 на этой изогнутой части болта 3, а шайба 9 с гайкой 10 предупреждают демонтаж колпачка 4 с элементом 6 и втулкой 7 с болта 3 при высоком повышении уровня жидкости на основании 1, так как гайкой 10 можно регулировать максимальную высоту всплывания колпачка 4 с элементом 6 и втулкой 7 относительно основания 1. Жидкость стекает с основания 1 через отогнутые переливные устройства 11 и стекает на нижнюю тарелку, попадает на колпачки 4 – а конкретно на элемент 6 с положительной плавучестью. Под действием напора жидкости колпачки 4, благодаря установленной внутри элемента 6 с положительной плавучестью втулки 7 начинают вращаться относительно болта 3. Это стабилизирует поток пузырьков газа или пара, позволяет дополнительно перемешиваться верхним слоям жидкости, что будет обеспечивать наибольшую скорость тепло- и массопереноса и способствовать высокой производительности на тарелке, а значит увеличивает время работы колонны и ее производительность в целом.When the liquid is supplied to the base 1, the cap 4 floats due to the element 6 with positive buoyancy. Gas or steam, passing through the slots 5, bubbling with the formation of bubbles. For any changes in the liquid level on the base 1, the caps 4, due to the element 6 with positive buoyancy, either float up together with an increase in this level, or go down when it decreases, maintaining a constant height of the liquid column between the slots 5 and the liquid surface, since the sleeve 7 has the ability sliding relative to the vertical part of the bolt 3. The support washer 7 prevents the sleeve 7 from dropping onto the bent part of the bolt 3 together with the cap 4 and element 6 and the jamming of the sleeve 7, cap 4 and element 6 on this curved part of the bolt 3, and the washer 9 with the nut 10 prevents dismantling cap 4 with element 6 and bushing 7 from bolt 3 with a high rise in the liquid level on base 1, since nut 10 can be used to adjust the maximum float height of cap 4 with element 6 and bushing 7 relative to base 1. Liquid flows from base 1 through bent overflow device 11 and flows down to the lower plate, falls on the caps 4 - and specifically on the element 6 from to false buoyancy. Under the action of the pressure of the liquid, the caps 4, thanks to the sleeve 7 installed inside the element 6 with positive buoyancy, begin to rotate relative to the bolt 3. This stabilizes the flow of gas or vapor bubbles, allows additional mixing of the upper layers of the liquid, which will provide the highest rate of heat and mass transfer and contribute to high capacity on the tray, which means that it increases the operating time of the column and its productivity as a whole.

Таким образом, установка между колпачками по всему основанию отогнутых переливных устройств, направленных на колпачки низлежащих тарелок, позволяет обеспечивать наибольшую скорость тепло- и массопереноса и способствовать высокой производительности на тарелке, а значит увеличивает время работы колонны и ее производительность.Thus, the installation of bent overflow devices between the caps around the base of the bent overflow devices directed to the caps of the underlying trays allows providing the highest rate of heat and mass transfer and contributes to high productivity on the tray, which means increases the operation time of the column and its productivity.

Claims

A cap plate with round caps, consisting of a base with round holes and nozzles installed in them, on which caps with slots in the lower part are attached, and the caps are fixed with washers and nuts on curved bolts attached to the nozzles, the upper part of the cap is made in the form an element with positive buoyancy, inside which a sleeve is axially mounted with the ability to slide along the vertical part of the bolt, the movement of which is limited by a support washer fixed on the lower vertical part of the bolt, characterized in that bent overflow devices are installed between the caps along the entire base, directed to the caps of the underlying plates ...