Массообменное контактное устройство

012722 Изобретение относится к массообменным контактным устройствам, а именно к устройствам, предназначенным для проведения процессов массообмена в системе газ (пар)-жидкость в условиях циклического режима (при раздельном движении фаз в колонне), и может быть использовано в пищевой, химической, нефтехимической, нефтеперерабатывающей и других отраслях промышленности. Известно массообменное контактное устройство, которое содержит полотно тарелки с контактными элементами. В полотне тарелки по периферии контактного элемента выполнены кольцевые отверстия с перемычками, а под контактным элементом - центральное отверстие, по оси которого под полотном тарелки установлены патрубок и обечайка. Обечайка оснащена размещенным в середине подвижным двусторонним клапаном. Клапан выполнен в виде установленных одна над другой и соединенных дистанционными стойками пластин с центральными отверстиями. Верхнее отверстие служит для прохода патрубка, а под нижним на стержне между ограничителями подъема и опускания установлен прерывающий клапан (А.С. СССР 1307643). Недостатком этого устройства является многоэлементность (двухэлементность) движущихся частей конструкции, ограничение свободного сечения патрубка для прохода газа (пара) и свободного сечения кольцевых отверстий для перелива жидкости. Эти недостатки увеличивают гидравлическое сопротивление тарелки при прохождении газа (пара) и время перетекания жидкости с тарелки на тарелку. Известно массообменное контактное устройство, которое содержит полотно тарелки с контактным элементом, обечайку, подвижный двухсторонний клапан, ограничители подъема и опускания. По периметру обечайка имеет отверстия, а подвижный двухсторонний клапан выполнен в виде установленных одна над другой сплошных пластин. При этом устройство оснащено дополнительным полотном тарелки. Ограничителем подъема двухстороннего клапана является контактный элемент, а опускания - нижний край обечайки. Нижние кромки отверстий обечайки выполнены на уровне дополнительного (нижнего) полотна тарелки. Кроме того, контактный элемент выполнен в виде внутреннего колпачка с отогнутыми по касательной пластинами барботажного узла, высота вертикальных отверстий по периметру обечайки равняется высоте двухстороннего клапана, а в крайних положениях двухстороннего клапана одна из пластин клапана обеспечивает раздел свободного сечения вертикальных отверстий обечайки на равные сектора (RU 2237508 C1). Недостатком этого устройства является смещение рабочего диапазона устройства в сторону увеличения расхода пара при больших нагрузках по жидкости. При большом количестве жидкости на тарелке и недостаточном расходе пара происходит самопроизвольная разгрузка тарелки за счет опускания клапана в период подачи пара. Этим нарушаются оптимальные условия работы аппарата для циклического режима. Увеличением расхода пара мы ухудшаем условия перелива жидкости с переходной емкости на нижерасположенную тарелку, вплоть до полного запирания колонны. В основу изобретения поставлена задача усовершенствования известного устройства, а именно обеспечение оптимальных условий работы аппарата при циклическом режиме ведения массообменных процессов, расширение рабочего диапазона нагрузок по жидкости и пару, уменьшение влияния запаздывания импульса давления газового (парового) потока по высоте колонны за счет автономной работы каждого контактного элемента при раздельном движении фаз, повышение производительности, увеличение надежности и долговечности работы конструкции. Поставленная задача решается тем, что массообменное контактное устройство содержит полотно тарелки с контактным элементом, обечайку, подвижный двухсторонний клапан, ограничители подъема и опускания, по периметру обечайка имеет отверстия, а подвижный двухсторонний клапан выполнен в виде установленных одна над другой сплошных пластин, при этом устройство оснащено дополнительным полотном тарелки. Ограничителем подъема двухстороннего клапана является контактный элемент, а опускания - нижний край обечайки. Нижние кромки отверстий обечайки выполнены на уровне дополнительного (нижнего) полотна тарелки. Кроме того, контактный элемент выполнен в виде внутреннего колпачка с отогнутыми по касательной пластинами барботажного узла. Высота вертикальных отверстий по периметру обечайки равняется высоте двухстороннего клапана, а в крайних положениях двухстороннего клапана одна из пластин клапана обеспечивает раздел свободного сечения вертикальных отверстий обечайки на равные сектора, в соответствии с изобретением внешнее пространство контактного элемента соединено кожухом через ряд отверстий в обечайке с внутренним пространством обечайки. Причинно-следственная связь между предложенными признаками и техническим результатом заключается в следующем. 1. Увеличивается подъемная сила, действующая на двухсторонний клапан, во время его движения вверх, за счет максимально возможного перепада давления на верхней пластине двухстороннего клапана,так как газ (пар) не попадает в пространство над верхней пластиной. 2. При прохождении газа (пара) к контактному элементу под верхней пластиной двухстороннего клапана через верхний ряд отверстий в обечайке и кожух используется динамический напор пара, как дополнительная сила, для поддержания клапана в верхнем положении. 3. При уменьшении или колебании расхода газа (пара) для фиксированного (например, 10%) на контактном элементе свободного сечения прохода газа (пара) (а значит и уменьшения перепада давления на тарелке) клапан опускается вниз до уровня верхнего ряда отверстий обечайки, создавая таким образом-1 012722 ситуативное свободное сечение для газа (пара) уже с меньшими значениями (например, 2%), но достаточными для поддержания клапана в верхнем положении за счет стабилизации перепада давления на тарелке. 4. При плавном перекрытии пара клапан, двигаясь вниз, уменьшает скорость своего движения на уровне верхнего ряда отверстий обечайки и плавно, без удара, садится на ограничитель опускания, увеличивая, таким образом, долговечность конструкции. На фиг. 1 показано устройство в положении, которое отвечает начальному моменту подачи газа(пара). На фиг. 2 показано устройство в положении, которое отвечает изменению приложения подъемной силы с нижней на верхнюю пластину двухстороннего клапана. На фиг. 3 показано устройство в положении, которое отвечает всем последующим моментам подачи газа (пара). На фиг. 4 показано устройство в положении, которое отвечает образованию ситуационного свободного сечения для прохода газа (пара). Фиг. 5 - вид сверху. Контактное устройство состоит из полотна тарелки 1, на котором закреплен контактный элемент 2 с отогнутыми по касательной пластинами барботажного узла 3, обечайки 4 с отверстиями 10, 12 и 11 под полотном тарелки 1, дополнительного (нижнего) полотна тарелки 5, двухстороннего клапана, состоящего из верхней 6 и нижней 7 пластин, соединенных между собой дистанционной стойкой 8. Отогнутый нижний край обечайки 4 исполняет функцию ограничителя опускания 9. Кожух 13 соединяет внешнее пространство контактного элемента 2 через верхний ряд отверстий 12 в обечайке 4 с внутренним пространством обечайки. Контактное устройство работает следующим образом. Газовая (паровая) фаза во время парового периода поднимает двухсторонний клапан в фиксированное верхнее положение таким образом, что верхняя пластина 6 двухстороннего клапана закрывает отверстие контактного элемента 2. Пар, проходя под верхней пластиной 6 через верхний ряд отверстий 12 в обечайке и кожух 13, поступает в барботажный узел 3 контактного элемента 2, барботирует через слой жидкости. По окончании парового периода двухсторонний клапан под действием собственного веса и веса жидкости движется вниз, уменьшая скорость движения на уровне верхнего ряда отверстий 12 обечайки,и плавно садится на ограничитель опускания 9. Жидкость из зоны барботажа на полотне тарелки 1 проходит через отверстия 11 обечайки 4, попадая в объем, ограниченный обечайкой 4, дополнительным(нижним) полотном тарелки 5 и двухсторонним клапаном (переходной объем). Время задержки подачи газа (пара) будет определяться временем перелива жидкости с полотна тарелки 1 в переходную емкость и будет составлять несколько секунд. В начальный момент подачи газа (пара) на нижнюю пластину 7 двухстороннего клапана будет действовать подъемная сила, обусловленная перепадом давления. Под действием этой силы будут двигаться вверх двухсторонний клапан, а за ним жидкость, которая находится в переходном объеме. В момент времени, когда пластины двухстороннего клапана поравняются с отверстиями обечайки 4, приложение подъемной силы переходит с нижней 7 на верхнюю 6 пластину двухстороннего клапана. При этом сохраняется максимально возможный перепад давления, а значит и подъемная сила на верхней 6 пластине, так как газ (пар) не проходит через кожух 13 к пространству над верхней пластиной 6. В отверстия обечайки 4 проходит газ (пар), барботируя через жидкость. С увеличением отверстия скорость пара, который проходит через отверстие, будет падать и создадутся условия для перехода жидкости на нижерасположенную тарелку. Двухсторонний клапан продолжает свое движение вверх до фиксируемого верхнего положения. Вес двухстороннего клапана и столба жидкости над ними должны быть меньше силы перепада давления, которое действует на верхнюю пластину. Время перетекания жидкости с тарелки на тарелку называется жидкостным периодом. Таким образом, время цикла, который состоит из парового и жидкостного периодов, завершается. Последующие циклы проходят аналогично. Предложенное контактное устройство позволяет проводить процесс массообмена в системе газ(пар)-жидкость в циклическом режиме при однократной смене жидкостной задержки одновременно на всех тарелках по высоте колонны, расширяет рабочий диапазон нагрузок по жидкости и пару, повышает производительность, увеличивает надежность и долговечность работы конструкции. Использование предложенного контактного устройства устраняет перемешивание жидкости на смежных ступенях контакта и позволяет поднять эффективность массообмена в 2-3 раза в сравнении со стационарным процессом. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ 1. Массообменное контактное устройство, которое содержит полотно тарелки с контактным элементом, дополнительное полотно тарелки, обечайку, которая имеет по периметру отверстия, подвижный двухсторонний клапан, выполненный в виде установленных одна над другой сплошных пластин, соединенных между собой дистанционной стойкой, отличающееся тем, что внешнее пространство контактного элемента соединено кожухом через верхний ряд отверстий в обечайке с внутренним пространством обечайки. 2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что верхний ряд отверстий в обечайке и отверстия обечайки могут быть сплошными.