RU218815U1

RU218815U1 - DISTRIBUTION PLATE

Info

Publication number: RU218815U1
Application number: RU2023108699U
Authority: RU
Inventors: Антон Анатольевич Шурак; Александр Борисович Голованчиков; Денис Николаевич Небыков; Александр Олегович Панов; Анастасия Владимировна Разваляева; Полина Евгеньевна Антонова
Filing date: 2023-04-06
Publication date: 2023-06-14

Abstract

Предлагаемое техническое решение относится к устройствам, устанавливаемым внутри тепло- и массообменных аппаратов, химических реакторов и может найти применение в химической, нефтехимической и других отраслях промышленности.The proposed technical solution relates to devices installed inside heat and mass transfer apparatuses, chemical reactors and can be used in the chemical, petrochemical and other industries.

Техническим результатом предлагаемого технического решения является увеличение производительности устройства.The technical result of the proposed technical solution is to increase the performance of the device.

Поставленный технический результат достигается при использовании распределительной тарелки, состоящей из плиты, переливных труб, выполненных с возможностью осевого перемещения внутри них газовых патрубков, оснащенных кольцом с положительной плавучестью и кольцевым козырьком, выполненным в виде подвижных элементов в форме лепестков, подвижно соединенных с возможностью их вращения вокруг газовых патрубков под действием газового потока, причём подвижные элементы в форме лепестков выполнены из материала, обладающего эффектом памяти, больший диаметр кольцевых козырьков в рабочем состоянии определяется выражениемThe set technical result is achieved by using a distribution plate, consisting of a plate, overflow pipes, made with the possibility of axial movement of gas nozzles inside them, equipped with a ring with positive buoyancy and an annular peak made in the form of movable elements in the form of petals, movably connected with the possibility of their rotation around the gas nozzles under the action of the gas flow, and the movable elements in the form of petals are made of a material with a memory effect, the larger diameter of the annular visors in working condition is determined by the expression

а в исходном состоянии определяется выражениемand in the initial state is determined by the expression

где D - диаметр переливной трубы.where D is the diameter of the overflow pipe.

Description

Предлагаемое техническое решение относится к устройствам, устанавливаемым внутри тепло- и массообменных аппаратов и химических реакторов для равномерный подачи жидкой фазы по всему сечению корпуса, и может найти применение в химической, нефтехимической и других отраслях промышленности и в экологических процессах очистки жидкости и газов от вредных примесей на молекулярном, ионном и дисперсном уровнях.The proposed technical solution relates to devices installed inside heat and mass transfer apparatuses and chemical reactors for uniform supply of the liquid phase over the entire section of the body, and can be used in the chemical, petrochemical and other industries and in environmental processes for cleaning liquids and gases from harmful impurities at the molecular, ionic and dispersed levels.

Известна конструкция распределительной тарелки для циркуляции газа и жидкости, состоящая из пластины, имеющей отверстия и служащую опорой для полых труб, расположенных перпендикулярно указанной пластине, причём над каждым отверстием пластины установлена труба с идентичным этому отверстию поперечным сечением, при этом пластина имеет множество отверстий, расположенных по периферии каждой трубы внутри описанной окружности, центр которой совпадает с центром трубы и радиус которой меньше или равен 1/3 самого короткого расстояния, разделяющее две соседние трубы, и тем, что единственный отклоняющей элемент расположен под каждый трубой так, чтобы передавать вращательные движения смеси газа/жидкость под каждой трубой [Пат. РФ №2603672, МПК B01D 3/00, B01D53/18, B63B35/28, опубл. 27.11.2016 г.].A well-known design of a distribution plate for the circulation of gas and liquid, consisting of a plate having holes and serving as a support for hollow pipes located perpendicular to the specified plate, and above each hole of the plate there is a pipe with a cross section identical to this hole, while the plate has a plurality of holes located along the periphery of each pipe within a circumscribed circle whose center coincides with the center of the pipe and whose radius is less than or equal to 1/3 of the shortest distance separating two adjacent pipes, and in that a single deflecting element is located under each pipe so as to transmit the rotational movements of the mixture gas/liquid under each pipe [US Pat. RF No. 2603672, IPC B01D 3/00, B01D53/18, B63B35/28, publ. November 27, 2016].

К причинам, препятствующим достижению заданного технического результата, относятся недостаточное орошение жидкостью периферийной части насадки или катализатора у стенки корпуса, а также сложность и длительность монтажа, демонтажа и очистки тарелки, что уменьшает основное время работы, тепло и массообмен или химические процессы в слое катализатора под распределительной тарелкой, а значит приводит к снижению производительности.The reasons hindering the achievement of the desired technical result include insufficient liquid irrigation of the peripheral part of the packing or catalyst near the housing wall, as well as the complexity and duration of mounting, dismantling and cleaning of the plate, which reduces the main operating time, heat and mass transfer or chemical processes in the catalyst layer under distribution plate, and therefore leads to a decrease in productivity.

Известна конструкция распределительного устройства, установленного в реакторе гидроочистки масел, состоящего из тарелки с равномерно распределёнными по её поверхности отверстиями и дугообразными лабиринтными перегородками с периферийными креплениями по модульному принципу [Пат.US8042790, МПК B01J8/0278, опубл. 25.10.2011 г.].A well-known design of a switchgear installed in an oil hydrotreating reactor, consisting of a plate with holes evenly distributed over its surface and arcuate labyrinth partitions with peripheral attachments in a modular manner [US8042790, IPC B01J8/0278, publ. October 25, 2011].

К причинам, препятствующим достижению заданного технического результата, относится унос капель жидкости с потоком пара и/или газа, а также длительность и сложность крепления и очистки известной конструкции переливного устройства к корпусу аппарата. Это увеличивает время осмотра, демонтажа и монтажа, снижая основное время работы и в целом производительность.The reasons hindering the achievement of the desired technical result include the entrainment of liquid droplets with a stream of steam and/or gas, as well as the duration and complexity of fastening and cleaning the known design of the overflow device to the body of the apparatus. This increases the time of inspection, dismantling and installation, reducing the main operating time and overall productivity.

Известна конструкция распределительной тарелки, состоящая из плиты с расположенными на ней газовыми патрубками и переливными трубами, которые равномерно распределены на плите тарелки и асимметрично установлены относительно газовых патрубков, где газовые патрубки установлены с возможностью осевого перемещения внутри переливных труб, при этом над плитой на внешней боковой поверхности каждого газового патрубка жёстко закреплено кольцо с положительной плавучестью, а под плитой также жёстко закреплён кольцевой козырёк. [Пм. РФ №208968, МПК B01D3/20, опубл. 25.01.2022 г.].A well-known design of the distribution plate, consisting of a plate with gas nozzles and overflow pipes located on it, which are evenly distributed on the plate of the plate and asymmetrically installed relative to the gas nozzles, where the gas nozzles are installed with the possibility of axial movement inside the overflow pipes, while above the plate on the outer side The surface of each gas pipe is rigidly fixed with a ring with positive buoyancy, and under the stove there is also a rigidly fixed annular visor. [Pm. RF No. 208968, IPC B01D3/20, publ. 01/25/2022].

К причинам, препятствующих достижению заданного технического результата, относится сложность и длительность монтажа, демонтажа и очистки тарелки, что уменьшает основное время работы, тепло- и массообмен или химические процессы в слое катализатора под распределительной тарелкой, а значит приводит к снижению производительности.The reasons hindering the achievement of the desired technical result include the complexity and duration of mounting, dismantling and cleaning of the tray, which reduces the main operating time, heat and mass transfer or chemical processes in the catalyst layer under the distribution tray, and therefore leads to a decrease in productivity.

Наиболее близким техническим решением по совокупности признаков к заявляемому объекту и принятому за прототип является распределительная тарелка, состоящая из плиты, переливных труб, выполненных с возможностью осевого перемещения внутри них газовых патрубков, оснащенных кольцом с положительной плавучестью и кольцевым козырьком, в которой кольцевой козырек выполнен в виде подвижных элементов в форме лепестков из листового материала, подвижно соединенных с возможностью их вращения под действием газового потока [Пм.РФ №216157, МПК B01D3/20, B01J19/32, опубл. 19.01.2023 г.].The closest technical solution in terms of the set of features to the claimed object and taken as a prototype is a distribution plate, consisting of a plate, overflow pipes, made with the possibility of axial movement of gas nozzles inside them, equipped with a ring with positive buoyancy and an annular visor, in which the annular visor is made in the form of mobile elements in the form of petals from sheet material, movably connected with the possibility of their rotation under the action of a gas flow [PM.RF No. 216157, IPC B01D3/20, B01J19/32, publ. 01/19/2023].

К причинам, препятствующих достижению заданного технического результата, относится сложность и длительность очистки рабочих поверхностей, что уменьшает основное время работы, тепло- и массообмен или химические процессы в слое катализатора под распределительной тарелкой, а значит приводит к снижению производительности.The reasons hindering the achievement of the desired technical result include the complexity and duration of cleaning the working surfaces, which reduces the main operating time, heat and mass transfer or chemical processes in the catalyst layer under the distribution plate, and therefore leads to a decrease in productivity.

Исполнение подвижных элементов кольцевого козырька в форме лепестков из материала, обладающего эффектом памяти, позволяет в процессе ремонта и осмотра изменять свою форму в исходное («холодное») состоянии при нормальной температуре, что приводит к растрескиванию термических отложений на ее поверхности, а также проводить демонтаж, для очистки внутренней поверхности переливной трубы, в короткие сроки. В процессе работы, то есть в «горячем» состоянии при рабочих температурах лепесток будет принимать рабочее положение. Это уменьшает время подготовки распределительной тарелки к основному циклу работы и сокращает время простоя аппарата, что увеличивает основное время работы и приводит к росту производительности в целом.The execution of the moving elements of the annular visor in the form of petals made of a material with a memory effect allows, during the repair and inspection process, to change its shape to its original ("cold") state at normal temperature, which leads to cracking of thermal deposits on its surface, as well as dismantling , for cleaning the inner surface of the overflow pipe, in a short time. During operation, that is, in the "hot" state at operating temperatures, the petal will take the working position. This reduces the preparation time of the distribution plate for the main work cycle and reduces the downtime of the device, which increases the main work time and leads to an increase in overall productivity.

Геометрия кольцевого козырька в рабочем состоянии, подчиняющаяся условию (1), предотвращает унос патрубка, при больших расходах газовой фазы, позволяет эффективно орошать слоя насадки или катализатора.The geometry of the annular visor in working condition, subject to condition (1), prevents the entrainment of the nozzle, at high flow rates of the gas phase, allows you to effectively irrigate the packing or catalyst layer.

Геометрия кольцевого козырька в исходном состоянии, подчиняющаяся условию (2), позволяет оперативно проводить монтаж и демонтаж газовых патрубков при подготовке аппарата к работе, уменьшить время выполнения ремонтных работ и сократить время простоя аппарата, таким образом увеличивая основное время работы, а, следовательно, и производительность в целом.The geometry of the annular visor in the initial state, subject to condition (2), allows you to quickly mount and dismantle gas pipes when preparing the apparatus for operation, reduce the time for repair work and reduce the downtime of the apparatus, thus increasing the main operating time, and, consequently, overall performance.

На фиг.1 представлен общий вид предлагаемой конструкции распределительной тарелки. Figure 1 shows a General view of the proposed design of the distribution plate.

На фиг.2 показан укрупненный фрагмент А.Figure 2 shows an enlarged fragment A.

Распределительная тарелка состоит из плиты 1 с равномерно распределёнными на ней переливными трубами 2. Внутри каждой переливной трубы 2 с возможностью осевого перемещения установлены газовые патрубки 3. Сверху над плитой 1 на каждом газовому патрубке 3 на его внешней боковой поверхности жёстко закреплено кольцо 4 с положительной плавучестью, а под плитой 1 на каждом газовом патрубке 3 также закреплен кольцевой козырек 5, выполненный в виде подвижных элементов 6 в форме лепестков, выполненных из материала, обладающего эффектом памяти и подвижно соединенных с возможностью их вращения вокруг газовых патрубков 3 под действием газового потока. Перемещение подвижных элементов 6 вдоль газовых патрубков 3 ограничивается ограничителями 7 сверху и снизу.The distribution plate consists of a plate 1 with overflow pipes 2 evenly distributed on it. Inside each overflow pipe 2, gas nozzles 3 are installed with the possibility of axial movement. Above the stove 1, on each gas nozzle 3, a ring 4 with positive buoyancy is rigidly fixed on its outer side surface , and under the plate 1, on each gas pipe 3, an annular visor 5 is also fixed, made in the form of movable elements 6 in the form of petals, made of a material with a memory effect and movably connected with the possibility of their rotation around the gas pipes 3 under the action of the gas flow. The movement of moving elements 6 along the gas nozzles 3 is limited by limiters 7 from above and below.

Сама плита 1 установлена на опорах 8, закреплённых над поверхностью насадки или слоя катализатора 9 внутри корпуса 10 колонны, химического реактора или контактного аппарата, с размещенным на нём патрубком 11 для подвода жидкости.The plate 1 itself is mounted on supports 8 fixed above the surface of the packing or catalyst layer 9 inside the body 10 of the column, chemical reactor or contact apparatus, with a branch pipe 11 placed on it for supplying liquid.

Распределительная тарелка работает следующим образом.Distribution plate works as follows.

Предварительно, в каждую переливную трубу 2 помещается газовый патрубок 3 с жёстко закрепленным кольцом 4 с положительной плавучестью, находящийся над плитой 1, а в нижней части также закреплен кольцевой козырек 5, выполненный в виде подвижных элементов 6 в форме лепестков, изготовленный из материала, обладающего эффектом памяти, которые до начала работы находятся в исходном («холодном») состоянии и имеют больший диаметр размаха, соответствующий выражению (2) (сложены и опущены вниз вдоль газового патрубка 3).Previously, in each overflow pipe 2, a gas pipe 3 is placed with a rigidly fixed ring 4 with positive buoyancy, located above the plate 1, and an annular visor 5 is also fixed in the lower part, made in the form of movable elements 6 in the form of petals, made of a material with memory effect, which are in the initial (“cold”) state before the start of work and have a larger swing diameter corresponding to expression (2) (folded and lowered down along the gas pipe 3).

В корпус 10 колонны постепенно подается газовый поток до состояния рабочего расхода, проходящий через насадки или слой катализатора 9, и одновременно с этим по патрубку 11 на плиту 1 падают жидкость, занимающую отведенный уровень в корпусе 10. Кольца 4 с положительной плавучестью всплывают вместе с газовыми патрубками 3 и кольцевыми козырьками 5. Кольцевые козырьки 5, выполненные в виде подвижных элементов 6 в форме лепестков из материала, обладающего эффектом памяти, нагреваются от подаваемого газового потока и после протекания мартенситного превращения принимают рабочее («горячее») состояние, а больший диаметр кольцевого козырька 5 соответствует выражению (1), что приводит к подъему, раскрытию и одновременному раскручиванию вокруг газовых патрубков 3 подвижных элементов 6, перемещающихся вдоль газовых патрубков 3 в пространстве между ограничителями 7.A gas flow is gradually supplied to the casing 10 of the column to the state of the working flow rate, passing through the nozzles or the catalyst layer 9, and at the same time, liquid falls on the plate 1 through the nozzle 11 onto the plate 1, occupying the allotted level in the casing 10. Rings 4 with positive buoyancy emerge together with gas branch pipes 3 and annular visors 5. The annular visors 5, made in the form of movable elements 6 in the form of petals from a material with a memory effect, are heated by the supplied gas flow and, after the martensite transformation, take on a working ("hot") state, and the larger diameter of the annular visor 5 corresponds to expression (1), which leads to the rise, disclosure and simultaneous untwisting around the gas nozzles 3 of the movable elements 6, moving along the gas nozzles 3 in the space between the limiters 7.

Жидкость с плиты 1 стекает вниз по кольцевому зазору, образованному внутренней поверхностью каждой переливной трубы 2 и внешней поверхностью газового патрубка 3. Так как этот кольцевой поток жидкости образует гидрозатвор, то его столб препятствует проскоку газа в этом кольцевом зазоре и уносу жидкости вверх. Кольцевой поток жидкости, вытекая из каждой переливной трубы 2, попадает на раскрытый вращающийся кольцевой козырек 5, в виде плёнки жидкости и разбрызгивается под плиту 1 на поверхность насадки или слоя катализатора 9, капельно орошая всю эту поверхность увеличивая тепло- и массообмен между нисходящим потоком жидкости и восходящим потоком газа. Поток газа поступает снизу в газовые патрубки 3. За счет постоянного вращения подвижных элементов 6 кольцевого козырька 5, солевой камень и продукты термической деструкции в меньшей мере образуются на их поверхностях.The liquid from the plate 1 flows down the annular gap formed by the inner surface of each overflow pipe 2 and the outer surface of the gas pipe 3. Since this annular fluid flow forms a hydraulic seal, its column prevents the gas from slipping through this annular gap and carrying the liquid upwards. The annular liquid flow, flowing out of each overflow pipe 2, falls on the open rotating annular visor 5 in the form of a liquid film and is sprayed under the plate 1 on the surface of the packing or catalyst layer 9, dripping this entire surface, increasing heat and mass transfer between the downward flow of liquid and ascending gas flow. The gas flow enters from below into the gas pipes 3. Due to the constant rotation of the moving elements 6 of the annular visor 5, salt stone and thermal destruction products are formed on their surfaces to a lesser extent.

При остановке аппарата для его очистки подвижные элементы 6 выполненные из материала, обладающего эффектом памяти, переходят в исходное («холодное») состояние, тогда больший диаметр размаха уменьшается, а образованные в процессе работы отложения, солевой камень, в местах соприкосновения с жидкостным потоком и продукты термической деструкции, в местах контакта с газовым потоком, деформируются, растрескиваются и отслаиваются от кольцевых козырьков 5, которые прекращают вращение и опускаются вниз вдоль газовых патрубков 3, что позволяет легко удалить газовые патрубки 3 из переливных труб 2 для промывки и продувки аппарата. Таким образом уменьшается время обслуживания и как следствие сокращается время простоя аппарата, что приводит к росту его производительности. When the device is stopped for its cleaning, the moving elements 6 made of a material with a memory effect go into the initial (“cold”) state, then the larger diameter of the swing decreases, and the deposits formed during operation, salt stone, in places of contact with the liquid flow and thermal destruction products, at the points of contact with the gas flow, are deformed, cracked and exfoliated from the annular visors 5, which stop rotating and fall down along the gas pipes 3, which makes it easy to remove the gas pipes 3 from the overflow pipes 2 for flushing and purging the apparatus. This reduces the maintenance time and, as a result, reduces the downtime of the machine, which leads to an increase in its productivity.

Материалы, обладающие эффектом памяти, известны. Это может быть нержавеющая сталь 12Х18H10T, никель-алюминиевый сплав NuAl (36,8% Al), сплав меди-алюминия и никеля, сплав марганца и никеля, а также титано-никелевый сплав, изменяющие свою форму при температурах от 100°С до 270°С. (Физические эффекты в машиностроении. Справочник / Под общей редакцией В.А. Лукьянец. - М.: Машиностроение 1993, с.150 - 152.)Memory effect materials are known. It can be stainless steel 12X18H10T, nickel-aluminum alloy NuAl (36.8% Al), copper-aluminum and nickel alloy, manganese-nickel alloy, as well as titanium-nickel alloy, changing their shape at temperatures from 100 ° C to 270 °C. (Physical effects in mechanical engineering. Handbook / Under the general editorship of V.A. Lukyanets. - M .: Mashinostroenie 1993, p. 150 - 152.)

Таким образом, использование распределительной тарелки, состоящей из плиты, переливных труб, выполненных с возможностью осевого перемещения внутри них газовых патрубков, оснащенных кольцом с положительной плавучестью и кольцевым козырьком, выполненным в виде подвижных элементов в форме лепестков, выполненных из материала, обладающего эффектом памяти позволяет повысить производительность устройства. Thus, the use of a distribution plate, consisting of a plate, overflow pipes, made with the possibility of axial movement of gas nozzles inside them, equipped with a ring with positive buoyancy and an annular peak made in the form of movable elements in the form of petals, made of a material with a memory effect, allows improve device performance.

Claims

Distribution plate, consisting of a plate, overflow pipes, made with the possibility of axial movement of gas nozzles inside them, equipped with a ring with positive buoyancy and an annular peak made in the form of movable elements in the form of petals, movably connected with the possibility of their rotation around the gas nozzles under the action of gas flow, characterized in that the movable elements in the form of petals are made of a material with a memory effect, the larger diameter of the annular visors in working condition is determined by the expression

d _p =1.5⋅D,

and in the initial state is determined by the expression

d _ref =0.6⋅D,

where D is the diameter of the overflow pipe.