Усовершенствованные контактные ступени для устройств со спутным контактированием

Усовершенствованные контактные ступени для устройств со спутным контактированием

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Область техники, к которой относится изобретение

Изобретение относится к контактным ступеням устройств для осуществления контактирования пара с жидкостью, например при фракционной перегонке или других операциях массо- и/или теплообмена. Изобретение, в частности, относится к усовершенствованиям конструкции подобных контактных ступеней для повышения их конструктивной целостности и упрощения монтажа.

Уровень техники

Устройства для контактирования пара с жидкостью, например тарелки и насадки ректификационной колонны, используются для осуществления различных видов сепарации, особенно в нефтяной и нефтехимической отраслях. Тарелки ректификационной колонны, например, используются для разделения углеводородов на фракции с одинаковой относительной испаряемостью или точкой кипения. Подобные фракции включают в себя продукты, получаемые из сырой нефти при очистке и нефтехимической переработке нефти, такие как нафта, дизельное топливо, СПГ и полимеры. В отдельных случаях тарелки используются для отделения одних компонентов от других, относящихся к тому же химическому или функциональному классу, например, спиртов, эфиров, алкилароматических соединений, мономеров, растворителей, неорганических соединений и т.п. Тарелки также используются при переработке газа и абсорбционной сепарации. Был разработан широкий спектр тарелок и других контактных устройств, обладающих различными преимуществами и недостатками.

Тарелки и насадки ректификационной колонны являются основными элементами стандартных устройств для контактирования пара с жидкостью, используемых в ректификационных устройствах, например, в указанных выше областях применения. Что касается тарелок, то в типовой ректификационной колонне используется от 10 до 250 подобных контактных устройств в зависимости от легкости сепарации (разницы в относительной летучести) и требуемой степени очистки продукта. Часто все тарелки, используемые в колонне, имеют схожую конструкцию, однако также известно, что конструкция может отличаться (например, чередоваться) у вертикально смежных тарелок. Тарелки устанавливаются горизонтально, обычно через равные вертикальные расстояния относительно смежных тарелок, именуемые расстоянием между тарелками в колонне. Между тем данное расстояние может меняться в различных секциях колонны. Тарелки часто опираются на кольца, приваренные к внутренней поверхности стенок колонны.

Фракционная перегонка традиционно осуществляется в поперечноточных или противоточных контактных устройствах, в которых поток жидкости в целом движется вниз, а поток пара - вверх. В определенной точке устройства паровая и жидкая фазы соприкасаются, позволяя паровой и жидкой фазе осуществлять обмен компонентами и достигать или максимально приближаться к равновесию между паром и жидкостью друг друга. Затем пар и жидкость разделяются, перемещаются в их соответствующих направлениях и вновь контактируют с другой порцией соответствующей текучей среды на другой ступени. Во многих стандартных устройствах для контактирования пара с жидкостью, пар и жидкость контактируют на каждой ступени в поперечном потоке. Альтернативное устройство отличается от традиционных многоступенчатых контактных систем тем, что хотя поток в устройстве, в целом, остается противоточным, каждая ступень фактического контакта между жидкой и паровой фазами, по меньшей мере, частично осуществляется в прямоточной массообменной зоне.

Во время процесса фракционной перегонки с использованием обычных тарелок пар, образующийся на дне колонны, поднимается через большое количество небольших отверстий, распределенных в зоне настила тарелки, на которой может находиться определенное количество жидкости. При проходе пара через жидкость создается слой из пузырьков, именуемых пеной. Большая площадь поверхности пены помогает добиться композиционного равновесия между паровой и жидкой фазами тарелки. Затем пене позволяют разделиться на пар и жидкость. Во время паро-жидкостного контактирования пар отдает менее летучие составляющие жидкости и поэтому становится немного более летучим по мере того как он поднимается вверх через каждую тарелку. Одновременно с этим концентрация менее летучих соединений в жидкости увеличивается, по мере того как жидкость перемещается вниз из тарелки в тарелку. Жидкость отделяется от пены и направляется вниз, в следующую, нижестоящую тарелку. Подобное непрерывное образование пены и парожидкостная сепарация происходят на каждой тарелке. Устройства для контактирования пара с жидкостью, таким образом, выполняют две функции: контактирование поднимающегося пара с жидкостью, а затем разделение двух фаз и их следование в разных направлениях. После выполнения этапов соответствующее количество раз на разных тарелках можно добиться нескольких стадий равновесия сепарации, что обеспечивает эффективную сепарацию химических соединений за счет их относительной летучести.

Для улучшения подобной сепарации было разработано большое количество разных типов устройств для контактирования пара с жидкостью, в том числе устройства с насадками и тарелками. Различные устройства обычно обладают различными преимуществами. Например, сливной стакан с множеством тарелок обладает высокими парожидкостными возможностями и способен эффективно работать в широком диапазоне эксплуатационных нагрузок. Структурированные насадки обычно имеют низкий перепад давлений, что позволяет использовать их в устройствах с низким давлением или большим разряжением. Перфорированные площадки являются эффективными контактными устройствами, однако могут создавать большие перепады давления в колонне, особенно при использовании на относительно небольших площадках, даже при большой высоте открытой ректификационной области. Двумя важными параметрами, используемыми при оценке производительности устройств для контактирования пара с жидкостью, являются емкость и эффективность. Между тем оба этих параметра могут ухудшаться при неправильном распределении жидкости или пара в устройстве для контактирования пара с жидкостью. Неправильное распределение жидкости или пара имеет тенденцию расширяться от одной ступени к другой, снижая емкость и эффективность устройства в целом.

В частности, к числу известных устройств для контактирования пара с жидкостью относятся, например, устройства, описанные в документе US 6682633, предназначенные для спутного контактирования пара с жидкостью в нескольких структурных блоках, находящихся на горизонтальных уровнях. В документе US 5837105 и связанным с ним документе US 6059934 описана тарелка ректификационной колонны с несколькими спутными контактирующими секциями, распределенными по тарелке.

Другие устройства, в которых используются подобные устройства, направленные на решение описанных выше проблем, а также других задач, описаны в документе US 7424999, который включен здесь посредством ссылки. Подобные устройства являются контактными блоками на горизонтальных ступенях и отличаются от обычных тарельчатых конструкций. Блоки одной ступени повернуты таким образом, чтобы они располагались непараллельно по отношению к блокам нижестоящей ступени, вышестоящей ступени или обеих ступеней. Контактные блоки содержат, по меньшей мере, распределитель жидкости (или сливной стакан), а также парожидкостной сепаратор (или каплеотбойник), которые совместно образуют объем контактирования, а именно канал для спутных потоков. Поднимающийся пар входит в объем контактирования и увлекает жидкость, выбрасываемую из распределителя жидкости. Поднимающийся пар и увлекаемая жидкость спутно переносятся в объеме контактирования в каплеотбойник, который разделяет или сепарирует пар и жидкость таким образом, чтобы подобные потоки после контактирования могли раздельно перемещаться соответственно вниз и вверх. Жидкость, выходящая из каплеотбойника, перемещается в накопительный поддон, а затем отводится по каналу вниз. Каждый из каналов, сопряженный с единственным накопительным поддоном, направляет жидкость в отдельный сливной стакан нижестоящей контактной ступени. Пар, выходящий из каплеотбойника, поступает в передаточный объем для текучей среды, расположенный над накопительным поддоном, а затем в объем контактирования вышестоящей контактной ступени.

Таким образом, каплеотбойники и сливные стаканы взаимодействуют между собой, образуя один или несколько спутных контактных блоков данной контактной ступени. Подобные каплеотбойники и сливные стаканы, в целом, являются удлиненными конструкциями, которые проходят через части определенного сечения, обычно круглого, устройства для контактирования пара с жидкостью. У определенной контактной ступени спутные контактные блоки совместно с накопительными поддонами, разделяющими подобные блоки, обычно расположены таким образом, чтобы они перекрывали все сечение. Поэтому при изготовлении подобных контактных ступеней необходимо учитывать ряд соображений, таких как легкость монтажа, стандартность конструкции деталей и достаточная конструктивная целостность, исключающая перемещение и/или разделение деталей во время эксплуатации при изменении температуры и давления. Процесс совершенствования подобных контактных ступеней, в особенности их изготовления и установки, идет непрерывно.

Раскрытие изобретения

Настоящее изобретение направлено на усовершенствование контактных ступеней, включающих в себя один или несколько отдельных спутных контактных блоков для осуществления контактирования пара с жидкостью. Наибольший интерес представляют спутные контактные блоки, в которых и (i) стекающая вниз жидкость, выходящая из сливного стакана, в который жидкость попадает из канала накопительного поддона вышестоящей ступени, и (ii) поднимающийся вверх пар, выходящий через выпускное отверстие каплеотбойника нижестоящей ступени, выбрасываются в каналы для спутных потоков. Изобретение, таким образом, относится к устройствам для контактирования спутных потоков пара и жидкости, с непараллельными ступенями и приспособлениям для передачи жидкости с одной ступени на другую, нижестоящую ступень без снижения объемов перерабатываемой жидкости. Подобные устройства позволяют эффективно использовать пространство колонны для потока текучей среды и контактирования с целью достижения большой емкости, высокой эффективности и уменьшения перепадов давления.

Изготовление подобных контактных ступеней совершенствуется за счет использования одной или нескольких конструктивных доработок, предпочтительно комбинации из доработок, для существенного повышения жесткости между различными деталями и, таким образом, предотвращения перемещения/разделения подобных деталей. Это уменьшает вероятность протечек текучей среды и, как следствие, перепуск пара и/или жидкости мимо контактирующей ступени, что в итоге может привести к снижению расчетной эффективности парожидкостной сепарации данного конкретного контактного устройства. Еще одним аспектом изобретения является способ, при помощи которого детали контактной ступени, включая каплеотбойники, сливные стаканы и накопительные поддоны, устанавливаются и/или крепятся. Значительные преимущества при монтаже и обеспечиваемая в результате конструктивная целостность контактных ступеней могут быть достигнуты за счет комбинированного использования ряда конструктивных усовершенствований.

Аспекты изобретения, таким образом, относятся к высокой емкости и высокой эффективности устройств для контактирования спутных потоков пара и жидкости, используемых в ректификационных колоннах, а также в других процессах контактирования пара с жидкостью. Подобные устройства, в целом, содержат множество контактных ступеней, каждая из которых содержит ряд деталей или элементов, которые должны изготавливаться таким образом, чтобы они могли быть установлены в ограниченном пространстве, например, в цилиндрическом резервуаре контактного устройства и надежно перекрывали сечение резервуара. Изобретение, следовательно, в широком смысле направлено на усовершенствованние контактных ступеней контактных устройств, в которых сливные стаканы, каплеотбойники и накопительные поддоны герметично или, по существу, герметично закреплены так, чтобы была сведена к минимуму, либо исключалась вероятность перепуска или прохождения пара и/или жидкости через контактную ступень без контактирования между этими двумя фазами.

Согласно одному из вариантов осуществления настоящее изобретение направлено на создание контактной ступени устройства для спутного контактирования пара с жидкостью. Контактная ступень содержит пару рядов каплеотбойников, разнесенных между собой и содержащих множество отдельных каплеотбойников, соединительные фланцы которых проходят над верхними поверхностями каплеотбойников. Контактная ступень дополнительно содержит пару накопительных поддонов, расположенных на чередующихся сторонах разнесенных рядов каплеотбойников, причем накопительный поддон находится со стороны каждого ряда каплеотбойников, расположенного оппозитно стороне, примыкающей к проему, через который проходит общий сливной стакан. Сливной стакан проходит между разнесенными между собой рядами каплеотбойников и образует, вместе с поверхностями впускных отверстий каплеотбойников, пару каналов для спутных потоков, каждый из которых находится с одной из противоположных сторон сливного стакана. Выпускное отверстие сливного стакана обычно расположено в центре, между и/или сообщается по текучей среде с обоими каналами для спутных потоков.

Согласно типовому варианту осуществления изобретения все выпускные поверхности каплеотбойников в одном и том же ряду каплеотбойников (из пары рядов каплеотбойников) расположены над одним и тем же накопительным поддоном (из пары накопительных поддонов). Аналогичным образом, впускные поверхности всех каплеотбойных устройств в одном и том же ряду каплеотбойников могут сообщаться по текучей среде с одним и тем же каналом для спутных потоков. Таким образом, сливной стакан, ряды каплеотбойников и образованные между ними каналы для спутных потоков создают контактный блок данной контактной ступени. В целом в рассмотренных здесь устройствах для контактирования пара с жидкостью используется множество контактных ступеней, в каждой из которых имеется множество контактных блоков, которые зачастую расположены параллельно (т.е. пары рядов каплеотбойников и каналы для спутных потоков между этими рядами проходят параллельно) поперек данной контактной ступени. Центральные накопительные поддоны проходят между рядами, а зачастую параллельно рядам каплеотбойников смежных блоков, тогда как оконечные накопительные поддоны проходят между одним из рядов каплеотбойников данной контактной ступени и кожухом резервуара или стенкой.

Типовые контактные ступени, таким образом, содержат, по меньшей мере, один контактный блок (например, блоки 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9 или 10), в каждом из которых имеется сливной стакан, сопряженный с двумя каплеотбойниками. Блоки типовых контактных ступеней расположены параллельно, попеременно с накопительными поддонами, причем количество накопительных поддонов в ступени, в целом, на один больше количества сливных стаканов за счет того, что оконечные накопительные поддоны расположены с обоих торцов каждой контактной ступени.

Отдельные каплеотбойные устройства в ряду каплеотбойников предпочтительно прикреплены в верхних и нижних частях соответственно к сливному стакану и накопительному поддону, примыкающему к ряду каплеотбойников. Согласно одному из вариантов осуществления изобретения для крепления верхних частей каждого каплеотбойника на соединительных фланцах используются соединительные уголки. Соединительные уголки могут, например, обеспечивать прочное соединение верхних частей каплеотбойных устройств за счет их прохождения или складывания вокруг верхних участков соединительных фланцев и верхних участков стенки сливного стакана, примыкающих к соединительным фланцам, а также за счет того, что они покрывают указанные участки. Согласно типовому варианту осуществления изобретения может использоваться множество крепежных элементов, причем такие крепежные элементы проходят как через подобные соединительные фланцы каплеотбойных устройств, так и через смежные участки стенок сливного стакана, а также через противоположные стороны соединительных уголков, к которым крепятся торцы крепежных средств. Крепежный элемент, например, может фиксироваться при помощи сварки или тугой посадки. Согласно особому варианту осуществления изобретения, в котором используется крепежный элемент для тугой посадки, крепежный элемент может проходить через выровненные L-образные отверстия в противоположных сторонах соединительных уголков, а также через соединительные участки верхнего фланца и смежные участки стенок сливного стакана, расположенные между подобными противоположными сторонами.

Соединительные фланцы каплеотбойных устройств, таким образом, используются для их крепления на их верхних частях, к участкам стенок сливного стакана, причем каплеотбойные устройства в одном и том же ряду каплеотбойников крепятся к одному и тому же участку стенки стакана. Часто из-за геометрии канала для спутных потоков каплеотбойные устройства и/или стенки сливного стакана, образующие канал для спутных потоков, расположены под определенным углом к вертикали. Также угол установки каплеотбойных устройств обычно не выравнен с углом установки сливного стакана. Поэтому соединительные фланцы каплеотбойных устройств предпочтительно имеют достаточную гибкость, позволяющую им при сгибании выравниваться (т.е. проходить под таким же углом) со стенкой сливного стакана, к которой они прикреплены. Подобный угол выравнивания соединительных фланцев, таким образом, обычно образует угол (т.е. нелинейный угол в 180°) между ними и впускными поверхностями каплеотбойных устройств. Согласно одному из типовых вариантов осуществления изобретения соединительные фланцы загибаются вверх от верхних пластин, закрывающих верхние поверхности каплеотбойных устройств. В отличие от впускных и выпускных поверхностей каплеотбойных устройств, подобные верхние поверхности, в целом, не пропускают жидкость или пар, поэтому пластины, закрывающие подобные верхние поверхности, обычно являются неперфорированными.

Другие аспекты изобретения относятся к креплению нижних частей каплеотбойных устройств таким образом, чтобы, как было рассмотрено выше на примере верхних частей, перепуск пара и/или жидкости по мере их прохождения через контактную ступень уменьшался или исключался. По одному из способов установки каплеотбойных устройств предполагается вначале размещать нижние части каплеотбойников в ответной или совместимой секции, например, в направляющих. Между тем по другим вариантам осуществления изобретения опорный уголок, находящийся снизу нижних поверхностей каплеотбойных устройств, позволяет прочно устанавливать их даже без направляющих, поэтому направляющие становятся опциональным признаком. В этом случае опорный уголок опирается на вертикальный выступ накопительного поддона.

При типовом порядке монтажа, после того как нижняя часть каплеотбойного устройства с подобной угловой опорой установлена по месту, она может поворачиваться или вращаться на небольшой угол (например, от 10° до 65°) вокруг неподвижной оси, проходящей через нижний угол каплеотбойника. Во время монтажа каплеотбойник, следовательно, может первоначально устанавливаться или выравниваться, например, вертикально или, по существу, вертикально, а затем доворачиваться в окончательное, невертикальное штатное положение, таким образом, чтобы верхняя секция и соединительный фланец упирались встык в соответствующую секцию стенки сливного стакана, как это было рассмотрено выше. Предпочтительно монтаж можно упростить, используя угловую опору, проходящую снизу нижних поверхностей каплеотбойников, как это было рассмотрено выше. Направляющая или опорный уголок позволяют при монтаже осуществлять поворот на требуемое расстояние и, предпочтительно, создают механическое уплотнение между каплеотбойным устройством и накопительным поддоном, в целом, между выступом накопительного поддона и опорным устройством (например, направляющей или опорным уголком), на нижних частях каплеотбойных устройств. Предпочтительно, после того как каплеотбойные устройства доворачиваются в их окончательное, невертикальное штатное положение, они крепятся на их верхних частях при помощи соединительных уголков, как это было рассмотрено выше.

Дополнительные аспекты изобретения относятся к улучшению соединений между отдельными каплеотбойными устройствами в ряду каплеотбойников для дополнительной стабилизации подобных элементов и создания прочной, легко собираемой контактной ступени. По типовому варианту осуществления изобретения, смежные каплеотбойники в ряду каплеотбойников неподвижно крепятся при помощи соединительных, упирающихся встык, боковых пластин. Например, две боковые пластины каждого смежного каплеотбойника в ряду каплеотбойников могут быть соответственно охватываемой и охватывающей соединительными боковыми пластинами, причем выступ охватываемой соединительной пластины входит или сопрягается с карманом взаимодополняющей охватывающей боковой пластины. Два или более каплеотбойных устройств в ряду каплеотбойников могут собираться при помощи их соединительных боковых пластин перед монтажом и креплением к накопительным поддонам и сливным стаканам. У двух последних или торцевых каплеотбойных устройств в ряду каплеотбойников могут иметься две охватываемые боковые пластины, одна из которых взаимодополняет смежную, упирающуюся встык охватывающую боковую пластину смежного каплеотбойника, а другая взаимодополняет охватывающий карман у торца сливного стакана. За счет этого у сливного стакана могут быть противоположные боковые торцы с соединениями, например, охватывающими соединениями из боковых пластин каплеотбойных устройств, для крепления боковых пластин каплеотбойных устройств с торца каждого ряда каплеотбойников. Таким образом, охватывающие карманы у подобных боковых торцов могут соединяться с охватываемыми соединительными боковыми пластинами подобных каплеотбойных устройств.

Дополнительные варианты осуществления изобретения направлены на создание устройств для осуществления спутного контактирования пара с жидкостью, содержащих контактную ступень, предпочтительно множество подобных ступеней, как это было описано выше. В случае использования множества ступеней, у каждого из отдельных накопительных поддонов данной контактной ступени имеется один или несколько каналов, причем каждый канал одного накопительного поддона сообщен по текучей среде с отдельным сливным стаканом нижестоящей ступени. Контактная ступень и нижестоящая контактная ступень обычно непараллельно выровнены.

Другие варианты осуществления изобретения направлены на создание устройства для осуществления спутного контактирования пара с жидкостью, имеющего контактную ступень, содержащую, по меньшей мере, один сливной стакан, выпускное отверстие которого расположено в непосредственной близости от, по меньшей мере, одного канала для спутных потоков. Контактная ступень дополнительно содержит, по меньшей мере, один ряд из каплеотбойников, состоящий из множества каплеотбойных устройств, причем у каждого каплеотбойного устройства имеются (i) впускные поверхности, расположенные в непосредственной близости от канала для спутных потоков и выпускные поверхности, расположенные над накопительным поддоном, а также (ii) соединительные фланцы, проходящие над верхними поверхностями каплеотбойных устройств. У контактной ступени также имеется, по меньшей мере, один канал с верхним краем, сообщенным по текучей среде с накопительным поддоном, и нижним краем. Нижний край каждого канала сообщен по текучей среде с отдельным сливным стаканом нижестоящей ступени. Контактная ступень устройства для контактирования пара с жидкостью повернута относительно нижней ступени устройства. Обычно у контактной ступени имеется, по меньшей мере, два ряда каплеотбойников, причем сливной стакан разнесен между этими двумя рядами, образуя контактный блок контактной ступени.

В контактных ступенях могут использоваться любые конструктивные усовершенствования, рассмотренные выше, по отдельности или в комбинации, которые повышают их целостность и производительность. Конкретные конструктивные усовершенствования направлены на обеспечение прочного соединения между верхней и нижней частями каплеотбойных устройств и, соответственно, накопительным поддоном и смежными участками стенок сливного стакана. В подобных соединениях для верхних частей используются соединительные уголки, проходящие над и покрывающие верхние части соединительных фланцев каплеотбойных устройств и смежные участки стенок сливного стакана. В подобных соединениях для нижних частей используются опорные уголки, проходящие снизу нижних поверхностей каплеотбойных устройств. Другие конструктивные усовершенствования, которые могут использоваться по отдельности или в комбинации с ними, включают в себя описанные выше устройства, которые могут соединять смежные каплеотбойные устройства за счет соединения встык, при помощи соединительных боковых пластин, а также соединять торцы рядов каплеотбойников с противоположными боковыми торцами сливного стакана.

Дополнительные варианты осуществления изобретения направлены на способы контактирования потоков пара и жидкости. Способы предусматривают пропускание потоков через каналы для спутных потоков описанных выше устройств.

Эти и другие варианты осуществления изобретения, относящиеся к настоящему изобретению, станут понятны из следующего подробного описания изобретения.

Краткое описание чертежей

На фиг.1 показано типовое устройство, содержащее контактные ступени с контактными блоками, вид в сечении;

на фиг.2 - отдельный типовой контактный блок, вид в сечении;

на фиг.3 - отдельная контактная ступень, вид сверху;

на фиг.4A - соединительный уголок для крепления верхней части каплеотбойного устройства к стенке сливного стакана, вид спереди;

на фиг.4B - соединительный уголок, изображенный на фиг.4А, вид с торца;

на фиг.4C - каплеотбойное устройство с впускной поверхностью и соединительным фланцем, проходящим над верхней поверхностью, причем соединительный фланец имеет в его верхней части L-образные отверстия, через которые могут проходить крепежные элементы, вид спереди;

на фиг.4D - сливной стакан с L-образными отверстиями в участках стенок, примыкающих к соединительному фланцу каплеотбойного устройства, изображенного на фиг.4C, причем L-образные отверстия выровнены, вид спереди;

на фиг.4E - соединительный уголок, изображенный на фиг.4A, соединяющий между собой верхнюю часть соединительного фланца каплеотбойного устройства со смежным участком стенки сливного стакана, вид с торца;

на фиг.5A - опорный уголок для каплеотбойного устройства, вид с торца;

на фиг.5B - каплеотбойное устройство с опорным уголком, проходящим под его нижней поверхностью, и соединительным фланцем, проходящим над его верхней поверхностью, вид сбоку;

на фиг.6A - два каплеотбойных устройства и их соединительные боковые пластины, вид спереди;

на фиг.6B - каплеотбойные устройства, изображенные на фиг.6A, с их смежными упирающимися встык охватываемой и охватывающей соединительными боковыми пластинами, вид сверху;

на фиг.6C - охватывающий карман сливного стакана, предназначенный для соединения с каплеотбойниками на торцах рядов каплеотбойников, вид сверху (позицией 105 обозначено соединение позиций 46 и 48A).

На всех чертежах одинаковые или схожие элементы обозначены одинаковыми ссылочными позициями. Чертежи следует рассматривать в качестве пояснения изобретения и/или используемых принципов. После ознакомления с настоящим раскрытием изобретения, специалисту в данной области техники станет очевидно, что устройства и сопряженные с ними соответствующие ступени с рядами каплеотбойников, сливными стаканами, накопительными поддонами и соединениями согласно разным вариантам осуществления изобретения имеют конфигурацию и элементы определяемые, отчасти, их конкретным предполагаемым назначением.

Осуществление изобретения

На фиг.1 изображено устройство для спутного контактирования пара с жидкостью согласно настоящему изобретению, содержащее ступени, находящиеся внутри резервуара 10. Резервуар 10 может быть, например, ректификационной колонной, абсорбционной колонной, смешивающим теплообменником или иным резервуаром, используемым для осуществления контактирования пара с жидкостью. Резервуар 10 содержит контактные ступени 12 и дополнительно может содержать коллектор/распределители. Ректификационная или дистилляционная колонна обычно содержит от 10 до 250 или более контактных ступеней 12. Конструкция контактных блоков 20 подобных ступеней может быть, по существу, одинаковой во всей колонне, но также может и отличаться, например, в зависимости от расхода потока в разных частях колонны. Для упрощения восприятия на фиг.1 показаны лишь три контактные ступени, а именно верхняя 12A, средняя 12B и нижняя 12C контактные ступени.

Следует понимать, что такое устройство как ректификационная колонна может состоять из нескольких секций, причем в каждой секции имеется несколько контактных ступеней. Также между и/или внутри секций может осуществляться подача и/или удаление продуктов текучей среды. Обычные контактные устройства (например, тарелки и/или насадки), используемые для ректификации, в одной и той же и/или разных секциях устройства с контактными ступенями, рассмотренными выше, могут быть перемешаны (например, находиться сверху и/или снизу). Резервуар 10 содержит внешний кожух 11, который обычно имеет цилиндрическое сечение.

Каждая контактная ступень 12, показанная на фиг.1, может поворачиваться на 90° относительно непосредственно вышестоящей или нижестоящей ступени, распределяя, таким образом, жидкость в направлении, ортогональном непосредственно вышестоящей или нижестоящей ступени для предотвращения неравномерного распределения жидкости. Согласно другим вариантам осуществления изобретения вертикально смежные контактные ступени могут быть расположены под другими углами поворота, которые могут быть одинаковыми для разных ступеней или могут отличаться. Каждая контактная ступень 12 содержит множество контактных блоков 20 и накопительных поддонов 26. Каждый контактный блок 20 содержит пару рядов 24 каплеотбойников, между которыми находится сливной стакан 22. Поскольку три контактные ступени, показанные на фиг.1, имеют ортогональное расположение, в верхней контактной ступени 12A при виде с торца показаны пять типовых пар рядов 24 каплеотбойников. Соответственно, в средней контактной ступени 12B, от одной стороны внешнего кожуха 11 резервуара до другой, удлиненные ряды 24 каплеотбойников проходят параллельно удлиненному сливному стакану 22. Расположение рядов 24 каплеотбойников и сливных стаканов 22 в нижней контактной ступени 12C аналогично их расположению в верхней контактной ступени 12A.

На фиг.2 показан увеличенный подробный вид одного из отдельных контактных блоков 20, на котором изображен распределитель жидкости или сливной стакан 22, расположенный между парой жидкостно-паровых сепараторов или рядов 24 каплеотбойников. Сливной стакан 22 и ряды 24 каплеотбойников, взаимодействуя, образуют объем контактирования спутной текучей среды или канал 56 со спутными потоками. Помимо контактных блоков 20, каждая контактная ступень также содержит множество накопительных поддонов 26, в каждом из которых имеется множество каналов 28. Впускное отверстие 32 сливного стакана 22 выполнено с возможностью зацепления с каналами 28 накопительного поддона непосредственно вышестоящей контактной ступени. На фиг.2, таким образом, показано взаимодействие между различными элементами, а именно между рядами 24 каплеотбойников и сливным стаканом 22, образующими канал 56 со спутными потоками.

На фиг.2 также показано соединение между рядами каплеотбойников 24 и каждым из отдельных каплеотбойных устройств 40, образующих ряды 24 каплеотбойников, со сливным стаканом 22, а также с накопительным поддоном 26. Верхняя секция, например, верхний уголок 70 каждого каплеотбойного устройства, может быть прикреплен к стенке 30 сливного стакана на смежном участке 72 стенки. Для подобного соединения может использоваться соединительный фланец 74, выступающий над верхней поверхностью 45 каждого каплеотбойного устройства 40 в ряду 24 каплеотбойников. Согласно варианту осуществления изобретения, показанному на фиг.2, соединительный фланец 74 выполнен путем сгибания вверх неперфорированной верхней пластины, часть которой образует верхнюю поверхность 45, и выравнивания ее со смежным участком 72 стенки сливного стакана 22. Поскольку угол наклона каплеотбойных устройств 40 (также именуемых «ловушка-сепаратор») рядов 24 каплеотбойников отличается от угла наклона стенки 30 сливного стакана, выровненный соединительный фланец 74 проходит под углом относительно перфорированной впускной пластины 42 так же, как и впускная поверхность каплеотбойного устройства 40. Перфорированная пластина 42 позволяет пару и увлекаемой жидкости, поднимающимся по каналу 56 для спутных потоков, проникать в каплеотбойное устройство 40. Отделенные пар и жидкость выходят из каплеотбойного устройства преимущественно через перфорированную выпускную пластину, образующую выпускную поверхность 44A, а также могут выходить через нижнюю поверхность 44 В каплеотбойного устройства 40. Затем выходящая жидкость стекает в накопительный поддон 26 и соединительные каналы 28, ведущие в сливной стакан непосредственно нижестоящей контактной ступени, тогда как выходящий пар поднимается в канал для спутных потоков непосредственно вышестоящей контактной ступени.

Как показано на фиг.2, соединительный уголок 75 крепит каждое каплеотбойное устройство, в его верхней части 70, к сливному стакану 30. В частности, соединительный уголок 75 проходит над соединительным фланцем 74 и закрывает весь этот соединительный фланец 74 или только его верхнюю часть, а также смежный участок 72 стенки сливного стакана 30. Отдельные соединительные уголки 75 могут отдельно крепить каждое каплеотбойное устройство. Как вариант, соединительные уголки 75 могут быть разной длины и использоваться для крепления нескольких каплеотбойных устройств или даже целого ряда каплеотбойников. Соединительные уголки постоянной заданной длины преимущественно могут использоваться для усиления конструкции. На фиг.4A показан вид сбоку типичного соединительного уголка 75 в виде удлиненной металлической полоски с отверстиями 85, в которые могут вставляться крепежные элементы. При виде соединительного уголка 75 с торца, на фиг.4B показано U-образное сечение, которое, как было рассмотрено выше со ссылкой на фиг.2, позволяет устанавливать его поверх соединительного фланца 74 и прижимать соединительный фланец 74 каплеотбойного устройства 40 к смежному сливному стакану 30. Типовые средства для обеспечения подобного соединения с каплеотбойным устройством показаны на фиг.4C, где изображен вид спереди отдельного каплеотбойного устройства с его перфорированной впускной пластиной, используемой в качестве впускной поверхности 42, а также соединительным фланцем 74, проходящим над верхней поверхностью 45, причем в верхней части соединительного фланца 74 имеются L-образные отверстия 87, через которые могут проходить крепежные элементы. На фиг.4D показан вид спереди сливного стакана 30 с L-образными отверстиями 87', которые выравниваются с L-образными отверстиями 87 соединительного фланца сопрягаемого каплеотбойного устройства. Как видно из фиг.4D, подобные L-образные отверстия 87' расположены в смежных участках 72 стенки сливного стакана 30, который прикреплен к каплеотбойному устройству при помощи подобных отверсти