RU2744742C1 - Mass exchange column valve tray - Google Patents
Mass exchange column valve tray Download PDFInfo
- Publication number
- RU2744742C1 RU2744742C1 RU2020122674A RU2020122674A RU2744742C1 RU 2744742 C1 RU2744742 C1 RU 2744742C1 RU 2020122674 A RU2020122674 A RU 2020122674A RU 2020122674 A RU2020122674 A RU 2020122674A RU 2744742 C1 RU2744742 C1 RU 2744742C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- reflective
- profiled
- valve plate
- paragraphs
- gas
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01D—SEPARATION
- B01D3/00—Distillation or related exchange processes in which liquids are contacted with gaseous media, e.g. stripping
- B01D3/14—Fractional distillation or use of a fractionation or rectification column
- B01D3/16—Fractionating columns in which vapour bubbles through liquid
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J19/00—Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
- B01J19/32—Packing elements in the form of grids or built-up elements for forming a unit or module inside the apparatus for mass or heat transfer
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Thermal Sciences (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Physical Or Chemical Processes And Apparatus (AREA)
Abstract
Description
Настоящее изобретение относится к контактным устройствам для тепломассообмена паровой (газовой) и жидкой фаз в ректификационных или абсорбционных колоннах и может быть использовано в нефтяной, газовой, химической, пищевой и других отраслях промышленности.The present invention relates to contact devices for heat and mass transfer of vapor (gas) and liquid phases in rectification or absorption columns and can be used in oil, gas, chemical, food and other industries.
Процесс фракционирования - один из основных промышленных тепломассообменных процессов - обеспечивает разделение сырьевой смеси на отдельные компоненты и/или фракции и реализуется в ректификационных или абсорбционных колоннах, в частности, с тарельчатыми контактными устройствами барботажного типа (колпачковые, клапанные, желобчатые, ситчатые и др). Большинство тарельчатых барботажных контактных устройств (колпачковые, желобчатые, чешуйчатые и др.) характеризуется жестко закрепленными на полотне тарелки конструктивными элементами для контакта жидкой и паровой (газовой) фаз с постоянным сечением для прохода паровой (газовой) фазы, что ограничивает диапазон устойчивой работы таких устройств и, соответственно, варьирование производительности массообменной колонны в целом. В условиях, когда необходима гарантия эффективной работы массообменных колонн в широком интервале производительности по разделяемому сырью, в качестве конструктивных барботажных элементов тарелок используют подвижные клапанные устройства с переменным сечением для прохода паровой (газовой) фазы, соответствующим изменению расхода фазы за счет уравновешивания сил, действующих на клапанное устройство (сила тяжести клапанного устройства, сила трения фаз о поверхность клапанного устройства, архимедова сила, действующая на тело, погруженное в жидкость), благодаря чему клапанное устройство во время работы массообменной колонны находится в режиме витания (невесомости). При снижении расхода паровой (газовой) фазы уменьшается подъемная сила, действующая на клапан, который опускается, уменьшая проходное сечение. При увеличении расхода подъемная сила, наоборот, возрастает, и клапан поднимается, увеличивая проходное сечение.The fractionation process, one of the main industrial heat and mass transfer processes, ensures the separation of the raw mixture into individual components and / or fractions and is implemented in rectification or absorption columns, in particular, with bubble-type disc contact devices (cap, valve, grooved, sieve, etc.). The majority of disc bubble contact devices (cap, grooved, flake, etc.) are characterized by structural elements rigidly fixed on the disc canvas for contact of the liquid and vapor (gas) phases with a constant cross section for the passage of the vapor (gas) phase, which limits the range of stable operation of such devices and, accordingly, varying the productivity of the mass transfer column as a whole. In conditions when it is necessary to guarantee the efficient operation of the mass-exchange columns in a wide range of productivity for the separated raw materials, movable valve devices with a variable cross-section for the passage of the vapor (gas) phase are used as structural bubbling elements of the trays, corresponding to a change in the flow rate of the phase due to the balancing of the forces acting on valve device (the force of gravity of the valve device, the force of phase friction against the surface of the valve device, the Archimedean force acting on a body immersed in a liquid), due to which the valve device is in a floating mode (weightlessness) during operation of the mass transfer column. With a decrease in the flow rate of the vapor (gas) phase, the lifting force acting on the valve decreases, which is lowered, reducing the flow area. On the contrary, as the flow rate increases, the lift force increases and the valve rises, increasing the flow area.
Известна контактная тарелка с клапанами для массообменной колонны, содержащая: по существу плоское полотно тарелки колонны и множество клапанов, распределенных по полотну тарелки колонны, причем каждый из клапанов содержит проем, проходящий через полотно тарелки колонны, чтобы текучая среда могла проходить через полотно тарелки колонны, порог, проходящий вверх от полотна тарелки колонны по окружности проема, и клапанную крышку, поддерживаемую опорными ножками над проемом и порогом, при этом клапанная крышка полностью проходит наружу за окружность проема и имеет проходящую вниз периметральную область, причем опорные ножки расположены на противоположных торцах клапанной крышки (патент на изобретение RU 2709164 С2, МПК В01D 3/16, заявлен 01.07.2016 г., опубликован 17.12.2019 г. ). Недостатками изобретения являются:Known contact plate with valves for a mass transfer column, comprising: a substantially flat sheet of the column tray and a plurality of valves distributed over the sheet of the column tray, each of the valves comprising an opening passing through the sheet of the column tray so that the fluid can pass through the sheet of the column tray, a threshold extending upward from the web of the column plate along the circumference of the opening, and a valve cover supported by support legs above the opening and threshold, while the valve cover completely extends outward beyond the circumference of the opening and has a downwardly extending perimeter region, and the support legs are located on opposite ends of the valve cover (patent for invention RU 2709164 C2, IPC
- сложная конструкция клапана П-образной формы с трапециевидной верхней частью, отбортовкой и разновеликими вертикальными частями (опорными ножками) с прорезями для формирования жалюзийного отверстия и стопоров;- a complex design of a U-shaped valve with a trapezoidal upper part, flanging and different-sized vertical parts (support legs) with slots for forming a louver hole and stoppers;
- сложная конструкция полотна тарелки с круглым отверстием для прохождения паровой (газовой) фазы с отбортовкой для каждого клапана и двумя щелевидными прорезями для опорных ножек;- a complex design of the plate sheet with a round hole for the passage of the vapor (gas) phase with a flange for each valve and two slot-like slots for the support legs;
- металло- и трудоемкость изготовления контактной тарелки;- metal and labor intensity of manufacturing a contact plate;
- сложность проведения ремонтных работ из-за возможности извлечения клапана с верхней поверхности полотна тарелки лишь после отжима стопоров на опорных ножках на нижней поверхности полотна.- the complexity of carrying out repair work due to the possibility of removing the valve from the upper surface of the plate web only after wringing out the stoppers on the support legs on the lower surface of the plate.
Известна также контактная тарелка для массообменной колонны, содержащая: плиту тарелки для приема потока жидкости, имеющую множество отверстий для прохождения сквозь них восходящего пара, и множество клапанных крышек, каждая из которых установлена в соответствующем одном из отверстий и имеет центральный участок, расположенный на расстоянии от плиты тарелки и над соответствующим отверстием, и пару наклонных участков, отходящих от противоположных концов центрального участка и проходящих сквозь соответствующее отверстие (патент на изобретение RU 2481875 С2, МПК B01D 3/20, заявлен 25.11.2008 г., опубликован 20.05.2013 г.). Недостатками изобретения являются:There is also known a contact plate for a mass transfer column, comprising: a plate plate for receiving a liquid flow, having a plurality of holes for the ascending vapor to pass through them, and a plurality of valve covers, each of which is installed in the corresponding one of the holes and has a central section located at a distance from plate plates and above the corresponding hole, and a pair of inclined sections extending from the opposite ends of the central section and passing through the corresponding hole (patent for invention RU 2481875 C2, IPC
- сложная конфигурация отверстий в плите контактной тарелки для прохождения сквозь них восходящего пара, насчитывающая не менее восьми прямых углов для каждого отверстия;- a complex configuration of holes in the plate of the contact plate for the passage of rising steam through them, numbering at least eight right angles for each hole;
- меньшая ширина клапанных крышек по сравнению с шириной отверстий, в которых они установлены, способствующая формированию режима каналообразования, когда в потоке жидкой фазы над клапанной крышкой происходит проскок потока паровой (газовой) фазы, что снижает поверхность раздела фаз и интенсивность массопереноса между ними, уменьшая коэффициент полезного действия контактной тарелки.- a smaller width of the valve covers compared to the width of the holes in which they are installed, contributing to the formation of a channeling mode, when a breakthrough of the vapor (gas) phase flow occurs in the flow of the liquid phase above the valve cover, which reduces the interface between the phases and the intensity of mass transfer between them, reducing the efficiency of the contact plate.
Известна также прямоточная клапанно-ситчатая тарелка для массообменных аппаратов, содержащая основание с отверстиями, расположенные в них клапаны с односторонним открытием в виде пластин, выполненных с отверстиями, под которыми размещены козырьки, имеющие переменную высоту, увеличивающуюся в сторону открытия пластин, и направленные в противоположную открытию пластин сторону, при этом сумма угла максимального открытия пластины клапана и угла отгибки козырьков составляет 90° (патент на изобретение RU 2276617 C1, МПК В01D 3/30, В01D 3/16, заявлен 01.12.2004 г., опубликован 20.05.2006 г.). Недостатками изобретения являются:Also known is a direct-flow valve-sieve plate for mass transfer apparatus, containing a base with holes, valves located in them with one-sided opening in the form of plates made with holes, under which there are visors having a variable height increasing towards the opening of the plates, and directed in the opposite direction. the opening of the plates to the side, while the sum of the angle of maximum opening of the valve plate and the angle of bending of the visors is 90 ° (patent for invention RU 2276617 C1, IPC В01D 3/30, В01D 3/16, declared on 01.12.2004, published on 20.05.2006 .). The disadvantages of the invention are:
- размещенные под пластинами клапанов козырьки, создающие дополнительное гидравлическое сопротивление потоку паровой (газовой) фазы, который выходит в направлении перемещения жидкой фазы по основанию тарелки, что снижает динамическое воздействие потока паровой (газовой) фазы на жидкую фазу для выравнивания ее уровня по площади основания тарелки;- visors placed under the valve plates, creating additional hydraulic resistance to the vapor (gas) phase flow, which emerges in the direction of the liquid phase movement along the base of the tray, which reduces the dynamic effect of the vapor (gas) phase flow on the liquid phase to equalize its level over the area of the tray base ;
- формирование козырьками, размещенными под пластинами клапанов около отверстий в этих пластинах, по мере увеличения угла шарнирного открытия пластины с односторонним открытием от нуля до максимального значения при увеличении расхода паровой (газовой) фазы части потока паровой (газовой) фазы, движущейся сквозь отверстия в пластинах в направлении, противоположном движению жидкой фазы по площади основания тарелки, и подпора движущейся жидкой фазе, из-за чего уровень жидкой фазы дополнительно увеличивается, приводя к возрастанию гидравлического сопротивления тарелки и неоднородности локальных коэффициентов полезного действия при одновременном уменьшении его интегрального значения.- the formation by the visors located under the valve plates near the holes in these plates, as the angle of hinge opening of the plate with one-sided opening increases from zero to the maximum value with an increase in the flow rate of the vapor (gas) phase of a part of the flow of the vapor (gas) phase moving through the holes in the plates in the direction opposite to the movement of the liquid phase along the area of the base of the tray, and the back pressure of the moving liquid phase, due to which the level of the liquid phase additionally increases, leading to an increase in the hydraulic resistance of the tray and inhomogeneity of local efficiency coefficients with a simultaneous decrease in its integral value.
Широкое распространение получили колонны с клапанными прямоточными тарелками, на которых равномерно по концентрическим окружностям выполнены отверстия, куда вмонтированы прямоточные клапаны с двумя короткими ножками и одной длинной упорной ножкой, определяющей направление потока газа (пара) и жидкости при максимальной производительности колонны по газу (пару) (патент на изобретение RU 2094072 C1, МПК В01D 3/20, В01D 3/30, заявлен 10.08.1994 г., опубликован 27.10.1997 г.). Недостатками изобретения являются:Columns with single-flow valve trays have become widespread, on which holes are made evenly along concentric circles, where single-flow valves with two short legs and one long thrust leg are mounted, which determines the direction of gas (vapor) and liquid flow at the column's maximum gas (steam) performance. (patent for invention RU 2094072 C1, IPC
- перекос клапана при его подъеме вверх для расхода паровой (газовой) фазы выше среднего относительно горизонтальной оси и плоскости полотна тарелки из-за разной длины лапок, от чего в позиции клапана с меньшим гидравлическим сопротивлением происходит канальный проскок паровой (газовой) фазы практически вне контакта основной массы паровой (газовой) фазы с окружающей жидкой фазой, ухудшая массообмен и снижая локальный коэффициент полезного действия, а с противоположной стороны клапана за счет большего гидравлического сопротивления - уменьшение массы паровой (газовой) фазы, барботирующей в этой зоне клапана, также ухудшая массообмен и снижая локальный коэффициент полезного действия;- the skew of the valve when it rises upwards for the flow rate of the vapor (gas) phase is higher than the average relative to the horizontal axis and the plane of the disc plate due to the different length of the legs, from which, in the valve position with a lower hydraulic resistance, channel slip of the vapor (gas) phase occurs practically out of contact the bulk of the vapor (gas) phase with the surrounding liquid phase, worsening mass transfer and reducing the local efficiency, and on the opposite side of the valve due to the greater hydraulic resistance - a decrease in the mass of the vapor (gas) phase bubbling in this zone of the valve, also worsening mass transfer and reducing the local efficiency;
- смещение центра тяжести прямоточного клапана относительно оси симметрии, приводящее к его вращению в восходящем потоке паровой (газовой) фазы при низких расходах;- displacement of the center of gravity of the direct-flow valve relative to the axis of symmetry, leading to its rotation in the upward flow of the vapor (gas) phase at low flow rates;
- несовпадение ожидаемого преимущественного направления движения потока паровой (газовой) фазы с направлением движения жидкой фазы при среднем расходе восходящего потока паровой (газовой) фазы, когда прямоточные клапаны фиксируются короткими ножками на нижней поверхности прямоточной тарелки хаотично из-за своего вращения.- discrepancy between the expected predominant direction of the flow of the vapor (gas) phase with the direction of movement of the liquid phase at the average flow rate of the upward flow of the vapor (gas) phase, when the once-through valves are fixed with short legs on the lower surface of the direct-flow tray chaotically due to their rotation.
Наиболее близок к заявляемому изобретению контактный элемент клапанной тарелки, включающий клапан с вертикально направленными ножками, которые снабжены ограничителями подъема, при этом клапан имеет две ножки, а ограничители подъема выполнены в виде симметричных лапок, в зоне соединения лапок с ножками, в углах сгиба, поперечное соединение лапок и ножек уменьшено на 1/4 их ширины, а длина лапок L в развернутом виде составляет (0,7÷0,8)⋅D, где D - диаметр или ширина отверстия на полотне тарелки, причем лапки ножек изогнуты в горизонтальной плоскости на угол 110-120° между лапками, на одной из ножек лапки изогнуты к центру клапана, а на другой - от центра (патент на изобретение RU 2453353 C1, МПК В01D 3/22, В01D 3/30, В01D 53/18, заявлен 11.01.2011 г., опубликован 20.06.2012 г.). Недостатками изобретения являются:Closest to the claimed invention is a valve plate contact element, including a valve with vertically directed legs, which are equipped with lift stops, while the valve has two legs, and the lift stops are made in the form of symmetrical legs, in the area of connection of the legs with legs, in the bend corners, transverse the connection of the legs and legs is reduced by 1/4 of their width, and the length of the legs L in unfolded form is (0.7 ÷ 0.8) ⋅D, where D is the diameter or width of the hole on the plate, and the legs of the legs are bent in the horizontal plane at an angle of 110-120 ° between the legs, on one of the legs the legs are bent towards the center of the valve, and on the other - from the center (patent for invention RU 2453353 C1, IPC
- отклонение центра тяжести клапана от оси симметрии из-за нестационарности собственно барботажного процесса, приводящее к смещению вертикально направленных ножек от вертикальной оси и самого клапана от горизонтальной плоскости, что переводит всю систему клапанов на тарелке в хаотичное состояние с позиций влияния направления движения локальных струй и пузырьков паровой (газовой) фазы на движение жидкой фазы по тарелке;- deviation of the center of gravity of the valve from the axis of symmetry due to the unsteadiness of the actual bubbling process, leading to the displacement of the vertically directed legs from the vertical axis and the valve itself from the horizontal plane, which translates the entire system of valves on the plate into a chaotic state in terms of the influence of the direction of movement of local jets and bubbles of the vapor (gas) phase on the movement of the liquid phase on the tray;
- ручной изгиб лапок ножек в горизонтальной плоскости на угол 110-120° между лапками, приводящий к неточности изготовления клапана;- manual bending of the legs of the legs in the horizontal plane at an angle of 110-120 ° between the legs, leading to inaccuracies in the manufacture of the valve;
- сложность и неудобство монтажа и ремонта, требующих ввода клапанов в отверстия на полотне тарелок сверху, а отгиба лапок - снизу.- the complexity and inconvenience of installation and repair, requiring the introduction of valves into the holes on the plate of the plates from above, and the bending of the legs - from below.
Задачей заявляемого изобретения является разработка конструкции клапанов для клапанной тарелки массообменной колонны, учитывающей как физико-химические свойства паровой (газовой) и жидкой фаз, так и гидродинамические особенности барботажа потока паровой (газовой) фазы сквозь протекающую по тарелке жидкую фазу при изменении расхода потока паровой (газовой) фазы, и обеспечивающей за счет повышения эффективности барботажа интенсификацию массообменого процесса, увеличение коэффициента полезного действия тарелки и широкий диапазон ее устойчивой работы.The objective of the claimed invention is to develop a design of valves for a valve tray of a mass transfer column, taking into account both the physicochemical properties of the vapor (gas) and liquid phases, and the hydrodynamic features of bubbling the vapor (gas) phase flow through the liquid phase flowing through the tray when changing the vapor flow rate ( gas) phase, and providing, by increasing the efficiency of bubbling, an intensification of the mass transfer process, an increase in the efficiency of the plate and a wide range of its stable operation.
Поставленная задача решается за счет того, что клапанная тарелка массообменной колонны включает горизонтальное полотно с отверстиями, закрепленное на корпусе массообменной колонны, и с множеством подвижных клапанов, установленных в отверстиях горизонтального полотна, при этом подвижные клапаны состоят из отражающей профилированной крышки дискообразной формы, выполненной с учетом физико-химических свойств фаз и сопряженной с тремя равновеликими стойками, введенными в отверстия горизонтального полотна и обеспечивающими свободное перемещение отражающей профилированной крышки в вертикальном направлении, с ограничителями высоты подъема.The problem is solved due to the fact that the valve plate of the mass transfer column includes a horizontal sheet with holes, fixed on the body of the mass transfer column, and with a plurality of movable valves installed in the holes of the horizontal sheet, while the movable valves consist of a reflective profiled disc-shaped cover made with taking into account the physicochemical properties of the phases and conjugated with three equal-sized racks inserted into the holes of the horizontal canvas and providing free movement of the reflective profiled cover in the vertical direction, with lifting height limiters.
Такой подвижный клапан обладает следующими преимуществами:This movable valve has the following advantages:
1) три равновеликие стойки обеспечивают перемещение подвижного клапана в вертикальном направлении при изменении расхода потока паровой (газовой) фазы - вверх при увеличении расхода и вниз при уменьшении его расхода - без перекоса в горизонтальной плоскости, что способствует равномерному распределению потока паровой (газовой) фазы, выходящего из-под отражающей профилированной крышки, в объеме жидкой фазы, окружающей клапан, обеспечивая отсутствие канального прорыва части потока паровой (газовой) фазы и равномерный массообмен между фазами по всему периметру отражающей профилированной крышки;1) three equal posts ensure the movement of the movable valve in the vertical direction when the flow rate of the vapor (gas) phase changes - upward with an increase in the flow rate and downward with a decrease in its flow rate - without skewing in the horizontal plane, which contributes to the uniform distribution of the flow of the vapor (gas) phase, emerging from under the reflective profiled cover, in the volume of the liquid phase surrounding the valve, ensuring the absence of channel breakthrough of a part of the vapor (gas) phase flow and uniform mass transfer between the phases along the entire perimeter of the reflective profiled cover;
2) при максимальном расходе потока паровой (газовой) фазы ограничители высоты подъема удерживают отражающую профилированную крышку подвижного клапана в горизонтальной плоскости;2) at the maximum flow rate of the vapor (gas) phase, the lift height limiters hold the reflective profiled cover of the movable valve in the horizontal plane;
3) исполнение отражающей профилированной крышки дискообразной формы позволяет учитывать физико-химические свойства фаз (плотность, коэффициент поверхностного натяжения, вязкость, работу адгезии и когезии) с позиций интенсификации барботажа и массопереноса.3) the design of the reflective profiled disc-shaped cover allows one to take into account the physicochemical properties of the phases (density, surface tension coefficient, viscosity, work of adhesion and cohesion) from the standpoint of intensification of bubbling and mass transfer.
Целесообразно ограничители высоты подъема развернуть под углом 90° в плоскости стоек для упрощения монтажа и ремонта клапанной тарелки, так как для ввода подвижного клапана в отверстие горизонтального полотна достаточно приложить незначительное усилие к одной из стоек, пружинно отжимающейся внутрь, для прохода всех трех стоек в отверстие. После снятия усилия подпружиненная стойка занимает исходное положение, фиксируя подвижный клапан в отверстии горизонтального полотна.It is advisable to unfold the lifting height limiters at an angle of 90 ° in the plane of the struts to simplify the installation and repair of the valve disc, since to insert the movable valve into the hole of the horizontal sheet, it is enough to apply a slight force to one of the struts, which is spring-pressed inward, for the passage of all three struts into the hole ... After removing the force, the spring-loaded post takes its original position, fixing the movable valve in the hole of the horizontal sheet.
Целесообразно при низком давлении и/или плотности паровой (газовой) фазы отражающую профилированную крышку выполнять в поперечном сечении в форме двух сопряженных выпуклых дуг с радиусом верхней дуги меньше радиуса нижней дуги для направления потока паровой (газовой) фазы к горизонтальному полотну, что увеличивает длину пути парового (газового) пузырька в жидкой фазе и время контакта фаз за счет высокой в этом случае скорости всплывания пузырька в жидкости.It is advisable at low pressure and / or density of the vapor (gas) phase to make the reflective profiled cover in the cross-section in the form of two conjugate convex arcs with the radius of the upper arc less than the radius of the lower arc to direct the flow of the vapor (gas) phase to the horizontal sheet, which increases the path length vapor (gas) bubble in the liquid phase and the time of contact of the phases due to the high in this case the speed of the bubble floating in the liquid.
При отсутствии физико-химических ограничений полезно отражающую профилированную крышку выполнять плоской для упрощения изготовления.In the absence of physical and chemical restrictions, it is useful to make the reflective profiled cover flat for ease of manufacture.
Целесообразно при высоком давлении и/или плотности паровой (газовой) фазы отражающую профилированную крышку выполнять конической с вершиной конуса, обращенной к отверстию горизонтального полотна, или в поперечном сечении в форме вогнутых дуг, что позволит направлять поток паровой (газовой) фазы непосредственно в слой жидкой фазы за счет низкой в этом случае скорости всплывания пузырька в жидкости.It is advisable at high pressure and / or density of the vapor (gas) phase to make the reflective profiled cover conical with the top of the cone facing the opening of the horizontal sheet, or in the cross-section in the form of concave arcs, which will allow directing the flow of the vapor (gas) phase directly into the liquid layer. phase due to the low, in this case, the speed of the bubble rising in the liquid.
В тех случаях, когда коэффициент поверхностного натяжения жидкой фазы на границе раздела фаз «жидкость-материал отражающей профилированной крышки» мал, целесообразно отражающую профилированную крышку выполнять плоской с перфорацией в виде круглых отверстий, что позволит дополнительно проходить пузырькам паровой (газовой) фазы, формируя зону барботажа не только по периметру крышки, но и над ее поверхностью.In cases where the coefficient of surface tension of the liquid phase at the interface between the phases "liquid-material of the reflective profiled cover" is small, it is advisable to make the reflective profiled cover flat with perforations in the form of round holes, which will allow additional bubbles of the vapor (gas) phase to pass through, forming a zone bubbling not only along the perimeter of the lid, but also over its surface.
При существенном расходе потока жидкой фазы или ее значительной вязкости, приводящих к изменению уровня жидкой фазы по длине горизонтального полотна и, опосредованно, к неравномерности барботажа, целесообразно отражающую профилированную крышку выполнять плоской с перфорацией в виде лепестков, отогнутых вверх, что позволит за счет гидродинамического воздействия направленных локальных струй паровой (газовой) фазы на жидкую фазу в значительной мере выровнять уровень жидкой фазы по длине горизонтального полотна.With a significant flow rate of the liquid phase or its significant viscosity, leading to a change in the level of the liquid phase along the length of the horizontal web and, indirectly, to uneven bubbling, it is advisable to make the reflective profiled cover flat with perforation in the form of petals bent upward, which will allow due to hydrodynamic action directed local jets of the vapor (gas) phase to the liquid phase to substantially equalize the level of the liquid phase along the length of the horizontal web.
Целесообразно также для увеличения периметра барботажа и интенсификации дробления пузырьков паровой (газовой) фазы при высокой величине работы когезии выполнять отражающую профилированную крышку с конфигурацией по периметру в форме сопряженных дуг, в форме сопряженных углов или в форме сопряженных П-образных элементов. Тогда в зонах сопряжения дуг, углов и П-образных элементов будут формироваться мелкие пузырьки паровой (газовой) фазы, что увеличит поверхность массообмена, интенсивность массопередачи и дополнительно периметр выхода основного потока паровой (газовой) фазы из-под отражающей профилированной крышки в объем жидкой фазы, также интенсифицируя барботаж. Так, например, периметр отражающих профилированных крышек диаметром D0 с конфигурацией по периметру в форме сопряженных дуг, представляющих собой полуокружности радиусом R, имеет больший периметр барботажа по сравнению с периметром плоских дисковых отражающих профилированных крышек диаметром D0 для всех R меньше 0,285⋅D0.It is also advisable to increase the perimeter of bubbling and intensify the fragmentation of bubbles of the vapor (gas) phase with a high value of the work of cohesion to perform a reflective profiled cover with a configuration around the perimeter in the form of conjugate arcs, in the form of conjugate corners or in the form of conjugated U-shaped elements. Then, in the zones of conjugation of arcs, corners and U-shaped elements, small bubbles of the vapor (gas) phase will form, which will increase the mass exchange surface, the intensity of mass transfer and, additionally, the perimeter of the outlet of the main flow of the vapor (gas) phase from under the reflective profiled cover into the volume of the liquid phase , also intensifying bubbling. So, for example, the perimeter of reflective profiled covers with a diameter D 0 with a configuration along the perimeter in the form of conjugate arcs, which are semicircles with a radius of R, has a larger perimeter of bubbling compared to the perimeter of flat disc reflective profiled covers with a diameter D 0 for all R less than 0.285⋅D 0 ...
Принципиальная конструкция заявляемой клапанной тарелки массообменной колонны и различные варианты исполнения подвижных клапанов приведены на фиг. 1 и на фиг. 2-13, соответственно, с использованием следующих обозначений:The basic design of the inventive valve tray of the mass transfer column and various versions of the movable valves are shown in Fig. 1 and FIG. 2-13, respectively, using the following notation:
1 - корпус массообменной колонны;1 - the body of the mass transfer column;
2 - горизонтальное полотно;2 - horizontal canvas;
3 - подвижный клапан;3 - movable valve;
4 - переливная планка;4 - overflow bar;
5 - сливная планка;5 - drain bar;
6 - стенка сливного кармана;6 - wall of the drain pocket;
7 - отверстие горизонтального полотна;7 - hole of the horizontal canvas;
8 - отражающая профилированная крышка;8 - reflective profiled cover;
9 - стойка;9 - rack;
10 - ограничитель высоты подъема;10 - lifting height limiter;
11 - перфорация в виде круглых отверстий;11 - perforation in the form of round holes;
12 - перфорация в виде отогнутых вверх лепестков;12 - perforation in the form of petals bent upward;
13 - внешняя кромка.13 - outer edge.
Клапанная тарелка массообменной колонны представляет собой закрепленное на корпусе массообменной колонны 1 горизонтальное полотно 2 с отверстиями горизонтального полотна 7, в которых устанавливаются подвижные клапаны 3. На входной части горизонтального полотна 2 установлена переливная планка 4, формирующая гидравлический затвор для жидкой фазы, стекающей с вышележащей клапанной тарелки. На выходной части горизонтального полотна 2 установлена сливная планка 5, обеспечивающая уровень жидкой фазы на горизонтальном полотне 2. Сливная планка 5 сопряжена со стенкой сливного кармана 6, разделяющей между собой поток стекающей жидкой фазы и поток поднимающейся паровой (газовой) фазы.The valve plate of the mass exchange column is a
Узлом А обозначен подвижный клапан 3, который установлен в отверстии горизонтального полотна 7 и состоит из отражающей профилированной крышки 8, сопряженной с тремя равновеликими стойками 9 с ограничителями высоты подъема 10. Различные варианты исполнения подвижных клапанов приведены на фиг. 2-8:A node A designates a
- фиг. 2 - отражающая профилированная крышка 8 выполнена в поперечном сечении в форме двух сопряженных выпуклых дуг, причем верхняя дуга имеет радиус меньше радиуса нижней дуги (вид сверху);- fig. 2 - the reflective profiled
- фиг. 3 - отражающая профилированная крышка 8 выполнена в поперечном сечении в форме двух сопряженных выпуклых дуг, причем верхняя дуга имеет радиус меньше радиуса нижней дуги (разрез по Б-Б);- fig. 3 - the reflective profiled
- фиг. 4 - отражающая профилированная крышка 8 выполнена плоской (разрез);- fig. 4 - reflective profiled
- фиг. 5 - отражающая профилированная крышка 8 выполнена конической (разрез);- fig. 5 - the reflective profiled
- фиг. 6 - отражающая профилированная крышка 8 выполнена вогнутой (разрез);- fig. 6 - the reflective profiled
- фиг. 7 - отражающая профилированная крышка 8 выполнена плоской с перфорацией в виде круглых отверстий 11 (разрез);- fig. 7 - reflective profiled
- фиг. 8 - отражающая профилированная крышка 8 выполнена плоской с перфорацией в виде круглых отверстий 11 (вид сверху);- fig. 8 - reflective profiled
- фиг. 9 - отражающая профилированная крышка 8 выполнена плоской с перфорацией в виде отогнутых вверх лепестков 12 (разрез);- fig. 9 - reflective profiled
- фиг. 10 - отражающая профилированная крышка 8 выполнена плоской с перфорацией в виде отогнутых вверх лепестков 12 (вид сверху);- fig. 10 - reflective profiled
- фиг. 11 - отражающая профилированная крышка 8 имеет конфигурацию по периметру в форме сопряженных дуг (вид сверху с внешней кромкой 13);- fig. 11 - the reflective profiled
- фиг. 12 - отражающая профилированная крышка 8 имеет конфигурацию по периметру в форме сопряженных углов (вид сверху с внешней кромкой 13);- fig. 12 - the reflective profiled
- фиг. 13 - отражающая профилированная крышка 8 имеет конфигурацию по периметру в форме сопряженных П-образных элементов (вид сверху с внешней кромкой 13).- fig. 13 - the reflective profiled
Клапанная тарелка массообменной колонны работает следующим образом. Жидкая фаза с вышележащей тарелки поступает по стенке сливного кармана 6 через переливную планку 4 на горизонтальное полотно 2, где в отверстиях горизонтального полотна 7 установлены подвижные клапаны 3, и далее через сливную планку 5 стекает на нижележащую тарелку. Паровая (газовая) фаза с нижележащей тарелки через отверстия горизонтального полотна 7 поступает под отражающую профилированную крышку 8 подвижного клапана 3, выполненную с учетом физико-химических свойств фаз по одному из вариантов конфигурации (фиг. 2-13), далее барботирует в форме пузырей в жидкую фазу на горизонтальном полотне 2, формируя неоднородную систему, и следует на вышележащую тарелку. Варианты конфигурации отражающих профилированных крышек 8 позволяют для разделяемой в корпусе массообменной колонны 1 сырьевой смеси подобрать оптимальное исполнение подвижного клапана 3, формирующего наиболее приемлемые размеры образующихся пузырей паровой (газовой) фазы и равномерное их распределение в жидкой фазе, что интенсифицирует массообмен паровой (газовой) и жидкой фаз, внося дополнительный вклад в коэффициент полезного действия клапанной тарелки.The valve tray of the mass transfer column operates as follows. The liquid phase from the overlying plate enters the wall of the
При уменьшении расхода паровой (газовой) фазы уменьшается подъемная сила, действующая на отражающую профилированную крышку 8, и подвижный клапан 3 опускается в отверстие горизонтального полотна 7. При этом три стойки 9 обеспечивают вертикальное направление равнодействующих сил, благодаря чему отражающая профилированная крышка 8 при перемещении подвижного клапана 3 остается в горизонтальном положении, что обеспечивает равномерность барботажа по всему периметру крышки для любого ее варианта и повышает за счет этого эффективность массообмена между контактирующими фазами. При увеличении расхода паровой (газовой) фазы повышается подъемная сила, действующая на отражающую профилированную крышку 8, и подвижный клапан 3 поднимается в отверстии горизонтального полотна 7. При этом три стойки 9 обеспечивают вертикальное направление равнодействующих сил, благодаря чему отражающая профилированная крышка 8 при перемещении подвижного клапана 3 остается в горизонтальном положении, что обеспечивает равномерность барботажа по всему периметру крышки для любого варианта ее конфигурации и повышает за счет этого эффективность массообмена между контактирующими фазами. При дальнейшем увеличении расхода паровой (газовой) фазы подъем подвижного клапана 3 до допустимого верхнего положения фиксируется с помощью ограничителей высоты подъема 10 на стойках 9, отражающая профилированная крышка 8 также остается в горизонтальном положении. Обеспечение позиции отражающей профилированной крышки 8 в горизонтальном положении при всех режимах работы подвижного клапана 3 обеспечивает расширение диапазона устойчивой работы клапанной тарелки благодаря равномерности барботажа по всему периметру крышки и отсутствия условий каналообразования паровой (газовой) фазы.With a decrease in the flow rate of the vapor (gas) phase, the lifting force acting on the reflective profiled
Таким образом, заявляемое изобретение решает задачу разработки конструкции клапанов для клапанной тарелки массообменной колонны, учитывающей как физико-химические свойства паровой (газовой) и жидкой фаз, так и гидродинамические особенности барботажа потока паровой (газовой) фазы сквозь протекающую по тарелке жидкую фаз при изменении расхода потока паровой (газовой) фазы, и обеспечивающей за счет повышения эффективности барботажа интенсификацию массообменого процесса, увеличение коэффициента полезного действия тарелки и широкий диапазон ее устойчивой работы.Thus, the claimed invention solves the problem of developing a valve design for a valve tray of a mass transfer column, taking into account both the physicochemical properties of the vapor (gas) and liquid phases, and the hydrodynamic features of bubbling the vapor (gas) phase flow through the liquid phases flowing through the tray when the flow rate changes flow of the vapor (gas) phase, and providing by increasing the efficiency of bubbling, the intensification of the mass transfer process, an increase in the efficiency of the plate and a wide range of its stable operation.
Claims (11)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2020122674A RU2744742C1 (en) | 2020-07-09 | 2020-07-09 | Mass exchange column valve tray |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2020122674A RU2744742C1 (en) | 2020-07-09 | 2020-07-09 | Mass exchange column valve tray |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2744742C1 true RU2744742C1 (en) | 2021-03-15 |
Family
ID=74874343
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2020122674A RU2744742C1 (en) | 2020-07-09 | 2020-07-09 | Mass exchange column valve tray |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2744742C1 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU217029U1 (en) * | 2022-07-26 | 2023-03-14 | Общество с ограниченной ответственностью "ИМПА Инжиниринг" | VALVE TRAY FOR MASS EXCHANGING COLUMN PLANTS |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU571281A1 (en) * | 1976-04-26 | 1977-09-05 | Днепропетровский Химико-Технологический Институт Им. Ф.Э.Дзержинского | Valve-type contact device |
| SU780845A1 (en) * | 1978-12-05 | 1980-11-23 | Московский Ордена Трудового Красного Знамени Институт Нефтехимической И Газовой Промышленности Им. И.М. Губкина | Valve disc |
| SU808092A1 (en) * | 1976-02-23 | 1981-02-28 | Днепропетровский Химико-Технологичес-Кий Институт Им. Ф.Э. Дзержинского | Valve tray for conducting mass-exchange processes |
| WO1999019110A2 (en) * | 1997-10-10 | 1999-04-22 | Amt International, Inc. | Apparatus and method for tray valve attachment |
| RU2453353C1 (en) * | 2011-01-11 | 2012-06-20 | Общество с ограниченной ответственностью "Инженерно-внедренческий центр "ИНЖЕХИМ" | Contact element of valve disc and method to install contact element |
-
2020
- 2020-07-09 RU RU2020122674A patent/RU2744742C1/en active
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU808092A1 (en) * | 1976-02-23 | 1981-02-28 | Днепропетровский Химико-Технологичес-Кий Институт Им. Ф.Э. Дзержинского | Valve tray for conducting mass-exchange processes |
| SU571281A1 (en) * | 1976-04-26 | 1977-09-05 | Днепропетровский Химико-Технологический Институт Им. Ф.Э.Дзержинского | Valve-type contact device |
| SU780845A1 (en) * | 1978-12-05 | 1980-11-23 | Московский Ордена Трудового Красного Знамени Институт Нефтехимической И Газовой Промышленности Им. И.М. Губкина | Valve disc |
| WO1999019110A2 (en) * | 1997-10-10 | 1999-04-22 | Amt International, Inc. | Apparatus and method for tray valve attachment |
| RU2453353C1 (en) * | 2011-01-11 | 2012-06-20 | Общество с ограниченной ответственностью "Инженерно-внедренческий центр "ИНЖЕХИМ" | Contact element of valve disc and method to install contact element |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU217029U1 (en) * | 2022-07-26 | 2023-03-14 | Общество с ограниченной ответственностью "ИМПА Инжиниринг" | VALVE TRAY FOR MASS EXCHANGING COLUMN PLANTS |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN1318115C (en) | Vapor-liquid contact trays and method employing same | |
| US5382390A (en) | Multiple-downcomer fractionation tray with vapor directing slots and extended downcomer baffles | |
| RU2709164C2 (en) | Contact plate with valves for mass exchange column | |
| RU2404837C2 (en) | Plate for distribution of liquid and vapor | |
| KR960033530A (en) | Apparatus for increasing effective active area | |
| RU2744742C1 (en) | Mass exchange column valve tray | |
| EP1624954B1 (en) | Tray apparatus, column with same and method of assembling and using | |
| SU704640A1 (en) | Column for heat- and mass-exchange processes | |
| RU152191U1 (en) | HEAT AND MASS AND EXCHANGE PLATE WITH JET BATTERY CONTACT DEVICES | |
| RU2602113C1 (en) | Bubble cap tray | |
| DK2583042T3 (en) | CONCENTRATION PLANT WITH DIFFERENT WORKING SECTIONS | |
| RU228802U1 (en) | Contact plate of mass transfer column | |
| RU228801U1 (en) | Mass transfer column plate | |
| RU2438748C2 (en) | Mass exchange plate | |
| RU2372131C1 (en) | Contact tray for mass-transfer apparatus | |
| RU93292U1 (en) | CONTACT ELEMENT FOR HEAT AND MASS EXCHANGE UNITS | |
| CN109173975A (en) | A kind of Novel sieve plate tower tray floor | |
| RU201962U1 (en) | Column for contacting gas with liquid | |
| RU2079327C1 (en) | Mass transfer tray | |
| RU2276617C1 (en) | Plate for mass-exchange apparatus | |
| RU2257950C1 (en) | Mass-exchange head for column apparatuses | |
| RU177443U1 (en) | DEVICE FOR HEAT AND MASS EXCHANGE PROCESSES | |
| RU2271848C1 (en) | Mass-exchange contact device | |
| KR0125615B1 (en) | Enhanced capacity multiple-downcomer fractionation tray | |
| RU2093240C1 (en) | Mass-exchange lattice column |