close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

Патент BY 02417

код для вставкиСкачать
ОПИСАНИЕ
ИЗОБРЕТЕНИЯ
К ПАТЕНТУ
РЕСПУБЛИКА БЕЛАРУСЬ
(19)
BY (11) 2417
(13)
C1
6
(51) B 01D 3/20
(12)
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ПАТЕНТНЫЙ
КОМИТЕТ РЕСПУБЛИКИ БЕЛАРУСЬ
(54)
УСТРОЙСТВО ДЛЯ УПЛОТНЕНИЯ ТАРЕЛКИ МАССООБМЕННОГО
АППАРАТА ПРИ ПРОИЗВОДСТВЕ СПИРТА
(21) Номер заявки: 950199
(22) 11.04.1995
(46) 30.09.1998
(71) Заявитель: Государственное предприятие "ОКБ
Академическое" (BY)
(72) Авторы: Щербатов В.В., Полещук М.В., Гребеньков Ж.А., Наганова А.М. (BY)
(73) Патентообладатель: Государственное предприятие "ОКБ Академическое" (BY)
(57)
Устройство для уплотнения тарелки массообменного аппарата при производстве спирта, содержащее царгу колонны, тарелку, снабженную колпачками с вертикальными прорезями для барботирования пара, двумя перегородками различной высоты для поддержания заданного уровня жидкости на тарелке и цилиндрическим бортом,
установленным на тарелке коаксиально царге, а также размещенную в зазоре между царгой и бортом сальниковую
набивку и приспособление для обжатия последней, отличающееся тем, что набивка выполнена из фторопластового уплотнительного материала, а величина высоты борта тарелки над обивкой выбрана из соотношения:
Н = (2,5 ÷ 3,3)(L - l)
где L - высота меньшей из перегородок,
l - высота прорезей колпачков над поверхностью тарелки.
(56)
1. А.с. СССР 1583128, МПК B01D 3/20, 1988.
2. Александров И.А. Ректификационные и абсорбционные аппараты.-М.: Химия, 1971.
3. Уплотнения и уплотнительная техника. Под ред. А.И. Голубева и Л.А. Кондакова.-М.: Машиностроение, 1986.
4. Цыганков П.С. Ректификационные установки спиртовой промышленности.-М.: Легкая и пищевая промышленность, 1984 (прототип).
5. Стабников В.Н. Ректификационные аппараты. Расчет и конструирование.-М.: Машиностроение, 1965.
BY 2417 C1
Изобретение относится к массообменному оборудованию, используемому при получении этилового
спирта, и касается усовершенствования конструкции узла уплотнения тарелки ректификационных установок
спиртовой промышленности.
Для получения необходимых вкусовых качеств водочных изделий получаемый для этих целей спирт
должен быть изготовлен с соблюдением определенных требований к технологии, а также к материалам
оборудования, в котором осуществляют технологические процессы. Одним из наиболее ответственных
аппаратов, обеспечивающих качество спирта, является ректификационная колонна, в которой узел уплотнения тарелок должен быть герметичным, чтобы предотвратить перемешивание различных по составу
слоев, должен не загрязнять своими материалами перерабатываемую среду и, в то же время не вызывать
каких либо деформаций самих тарелок, удерживающих массообменный слой жидкости.
Известны различные конструкции установки тарелок, ректификационных колонн в царге корпуса и,
соответственно, узла уплотнения тарелки, Например, в тепломассообменном аппарате" по [1], тарелка
ректификационной колонны опирается на опорный элемент, выполненный в виде уголка, а для герметизации мест соединения использована сварка или пайка.
Однако, сварка элементов конструкции приводит к недопустимой для технологических требований спиртового производства деформации тарелки, а пайка может привести к загрязнению продукции из-за применяемых материалов.
Известны различные технические решения, повышающие технологичность конструкции массообменных
аппаратов и надежность уплотнения мест соединения их деталей. Например, в [2], описано уплотнение мест
соединения тарелок на опорном каркасе при помощи асбестового шнура с последующей заливкой мест соединений жидким стеклом.
Однако, известная конструкция имеет существенный недостаток, заключающийся в том, что герметичность соединения недостаточно надежна из-за колебаний температуры деталей при эксплуатации, кроме
того, при нарушении плотности заливки возможно загрязнение продукции асбестом.
Известны также различные материалы уплотнительных набивок и их конструктивное выполнение
[3], например, набивки из тефлона (фторопласта - 4), которые отличаются высокой эластичностью и
гигиеничностью, позволяют избежать загрязнения продукции.
Однако, фторопластовый уплотнительный материал (ФУМ [3]) имеет недостаточные упругие
свойства и достигнутая при монтаже узла уплотнения плотность соединения, в процессе эксплуатации, при колебаниях температуры деталей, нарушается, что приводит к нарушению технологического режима работы тарелки и снижению качества конечного продукта.
Из известных технических решений наиболее близким объектом к заявляемому по совокупности
существенных признаков является конструкция уплотнения тарелки ректификационной колонны для
производства спирта, приведенная в [4], принятая авторами за прототип.
Принятый за прототип объект представляет собой устройство для уплотнения тарелки массообменного аппарата при производстве спирта, содержащее царгу колонны, тарелку, снабженную колпачками с вертикальными прорезями для барботирования пара, двумя перегородками различной
высоты для поддержания заданного уровня жидкости на тарелке и цилиндрическим бортом, установленным на тарелке коаксиально царге, а также размещенную в зазоре между царгой и бортом сальниковую набивку и приспособление для обжатия последней.
Принятая за прототип установка обеспечивает проведение технологического процесса при производстве спирта. Однако, для обеспечения герметичности уплотнения тарелки известная конструкция
требует применения специальной уплотнительной набивки, которая могла бы компенсировать значительное изменение зазора между тарелкой и царгой во время эксплуатации колонны.
Задачей предлагаемого изобретения является увеличение надежности уплотнения тарелки при упрощении
элементов конструкции и обеспечении требуемого качества продукта (отсутствие загрязнений от материалов
узла уплотнения).
В результате решения этой задачи достигнут новый технический результат, заключающийся в разработке
конструкции места уплотнения тарелки ректификационной колонны для спиртового производства более надежной, чем известные, обеспечивающей все технологические требования работы колонны.
Данный технический результат достигнут тем, что в устройстве для уплотнения тарелки массообменного аппарата при производстве спирта, содержащем царгу колонны, тарелку, снабженную колпачками с вертикальными прорезями для барботирования пара, двумя перегородками различной высоты
для поддержания заданного уровня жидкости на тарелке и цилиндрическим бортом, установленным на
тарелке коаксиально царге, а также размещенную в зазоре между царгой и бортом сальниковую набивку и приспособление для обжатия последней, согласно изобретению, набивка выполнена из фторопла-
2
BY 2417 C1
стового уплотнительного материала, а величина высоты борта тарелки над набивкой выбрана из соотношения:
Н = (2,5÷3,3)(L -1),
где: L - высота меньшей из перегородок,
l - высота прорезей колпачков над поверхностью тарелки.
Отличительной особенностью заявляемого изобретения является то, что сальниковая набивка уплотнения выполнена из фторопластового уплотнительного материала (ФУМа), что позволяет обеспечить отсутствие загрязнений от уплотнительного материала и снизить затраты на изготовление
деталей уплотнения благодаря тому, что ФУМ вследствии своей высокой эластичности компенсирует при предварительном обжатии все погрешности размеров и формы изготовления уплотняемых поверхностей.
Однако, отсутствие достаточных упругих свойств у ФУМа приводит к появлению зазора между
набивкой и уплотняемыми поверхностями из-за неизбежных изменений температуры деталей при разогреве и выходе на рабочий режим установки. Дополнительное обжатие ФУМа или придание упругих свойств набивке за счет использования композиции из ФУМа и упругого материала приводит к
недопустимому усложнению и удорожанию узла уплотнения. Для компенсации этого недостатка материала служат другие отличительные особенности заявляемого изобретения, а именно то, что величина высоты борта тарелки над набивкой выбрана из соотношения:
Н = (2,5-3,3)(L-1),
где: L - высота меньшей из перегородок,
l - высота прорезей колпачков над поверхностью тарелки.
Такое техническое решение позволяет обеспечить герметичность узла уплотнения за счет создания гидрозатвора в зазоре между царгой и бортом тарелки, при этом гидрозатвор создается автоматически за счет конденсации пара на более холодных стенках царги и автоматически же
удерживается за счет равновесия гидравлических сил, сил тяжести и сил поверхностного натяжения
жидкости.
Высота столба жидкости в гидрозатворе должна удерживать перепад давлений на тарелке, чтобы недопустить прорыва пара мимо барботажных колпачков. В то же время эта высота не должна превышать величины, при которой начинается течение жидкости по периметру тарелки (мимо переливной трубы). В обоих
случаях нарушается технологический режим работы и снижается качество продукции.
Перепад давления на тарелке ректификационного аппарата определяется ее гидравлическим сопротивлением по формуле, принятой по [5]:
∆рs = ∆р1+∆р2+∆р3,
где: ∆p1 - гидравлическое сопротивление сухой тарелки:
w
γ • , где: ξ - коэффициент гидравлического сопротивления; w - скорость пара; g - ускорение силы тяже∆р1 = ξ
2g
сти; γп - удельный вес пара.
∆р2 - сопротивление газожидкостной смеси на тарелке:
∆p2 = γж • h, где: γж - удельный вес жидкости; h - высота слоя.
∆р3 - сопротивление сил поверхностного натяжения:
x
∆рз = σ . , где: σ - коэффициент поверхностного натяжения; w - скорость пара; х - влажность пара.
w
В таблице приведены результаты расчетов для различной высоты борта тарелки (высоты гидрозатвора) из
условия, что зазор между ФУМом и уплотняемой поверхностью составляет 0,001 ...0,002 диаметра тарелки, что
является максимально возможной при эксплуатации величиной.
3
BY 2417 C1
N п/п
Высота гидрозатв.
Перепад на уплотн.
H/L - 1
кг/м2
Зазор в уплотнении 0,001 D
1
2.35
- 8.09
2
2.50
- 6.23
3
3.00
0.00
4
3.50
+ 6.23
5
3.65
+ 8.09
Зазор в уплотнении 0,00125D
6
2.40
- 7.47
7.
2.55
- 5.60
8
3.00
0.00
9
3.45
+ 5.60
10
3.60
+ 7.47
Зазор в уплотнении 0,002D
11
2.60
- 4.98
12
2.75
- 3.11
13
3.00
0.00
14
3.25
+ 3.11
15
3.40
+ 4.98
Скорость движ. среды
м/сек
Протечка через упл.
кг/сек
10.28
0.00
0.00
0.00
0.437
- 0,024 пара
0
0
0
+0,58 жидк.
9.88
0.00
0.00
0.00
0.42
-0,030 пара
0
0
0
+0,70 жидк.
8.07
0.00
0.00
0.00
0.343
-0,038 пара
0
0
0
+0,92 жидк.
Расчеты, выполненные авторами и приведенные в таблице, показывают, что при высоте гидрозатвора
большей чем в 3,3 раз превышащий высоту барботажного слоя на тарелке (см. пп. 5,10,15), при имеющихся в
эксплуатации колебаниях температуры и соответствующих зазорах между ФУМом и уплотняемыми поверхностями, начинается протечка жидкости по периметру тарелки, т. к. высота столба жидкости гидрозатвора
превышает сопротивление истечению жидкости через зазор между ФУМом и уплотняемой поверхностью,
что приводит к нарушению технологического режима работы нижней тарелки. При высоте гидрозатвора
меньшей, чем 2,5 величины барботажного слоя на тарелке (см. пп. 1, 6, 11), начинается прорыв пара через
гидрозатвор, в обход барботажного слоя на тарелке, т. к. величина гидравлического сопротивления гидрозатвора становится меньше, чем перепад давления на тарелке, что также приводит к нарушению технологического режима и снижению качества продукта.
Наличие гидрозатвора в дополнение к уплотнительной набивке позволяет значительно упростить конструкцию деталей уплотнения, снизить требования к точности их изготовления и, в итоге, уменьшить стоимость изготовления аппарата.
Таким образом, приведенные отличительные особенности заявляемого изобретения, в сравнении с прототипом,
повышает его конкурентоспособность, т. к. они обеспечивают необходимое качество конечного продукта при большей надежности в эксплуатации и меньших затратах на изготовление.
На фиг. 1 представлен схематичный чертеж заявляемого узла уплотнения тарелки массообменного аппарата.
Уплотнение тарелки массообменного аппарата для получения этилового спирта, содержит царгу 1 колонны, тарелку 2, снабженную колпачками 3 с вертикальными прорезями 4 высотой 1 для барботирования пара, поступающего
через патрубок 5, и перегородками 6 для поддержания заданного уровня жидкости на тарелке. На фиг. 1 показана перегородка высотой L, определяющей нижний уровень жидкости, более высокая перегородка установлена в камере
приема жидкости от верхней тарелки и на фиг. 1 не показана. Патрубок 7 показанной тарелки отводит жидкость на
нижнюю тарелку в камеру приема, где установлена более высокая перегородка нижней тарелки.
Уплотнение снабжено также цилиндрическим бортом 8, установленным на тарелке 2 коаксиально царге 1, с помощью опорного кольца 9, закрепленного на царге 1, например, с помощью сварки, а также размещенную в зазоре
между царгой 1 и бортом 8 сальниковую набивку 10 и приспособление для обжатия последней. Приспособление
включает нажимное кольцо 11, втулку 12 и траверсу 13, которые для удобства монтажа могут быть выполнены составными или разрезными, для обжатия и закрепления узла уплотнения на борте 8 закреплены шпильки 14, снабженные гайками 15.
При этом набивка 10 выполнена из фторопластового уплотнительного материала (ФУМа), а величина высоты борта 8 тарелки над набивкой 10 (Н) выполнена в пределах от 2,5 до 3,3 раз большей чем величина разницы между высотой L меньшей из перегородок 6 и высотой 1 прорезей 4 колпачков над поверхностью
тарелки 2:
Н = (2,5÷3,3)(L-1).
Заявляемый узел уплотнения аппарата работает следующим образом.
Аппарат собирают как это показано на фиг. 1, при этом сальниковую набивку 10 из материала ФУМ укладывают на опорное кольцо 9, приваренное к царге 1, и обжимают нажимным кольцом 11 через втулку 12 и
4
BY 2417 C1
траверсу 13 с помощью гаек 15, наворачиваемых на шпильки 14, приваренные к цилиндрическому борту 8
тарелки 2.
При работе аппарата в его нижнюю часть подают пар, а в верхнюю - жидкость. Жидкость распределяется
по каждой тарелке, перетекая из камеры приема с более высокой перегородкой (на фиг. 1 не показана) в камеру слива - с более низкой перегородкой 6, при этом в зоне размещения колпачков 3 образуется слой жидкости. Пар, поступающий снизу через патрубки 5, поступает в колпачки и через прорези 4 пробулькивается
через слой жидкости. Конденсат, образующийся на более холодных стенках царги заполняет зазор между
царгой 1 и бортом 8. Избыток жидкости через патрубок 7 отводится вниз, в камеру приема нижерасположенной тарелки или на слив. В случае появления зазора между набивкой 10 и стенками столб жидкости в зазоре между царгой 1 и бортом 8 препятствует прорыву пара в обход колпачков, а имеющийся на тарелке
перепад давления и силы поверхностного натяжения жидкости препятствуют сливу жидкости из зазора между царгой 1 и бортом 8.
Отсутствие протечек мимо созданного на тарелках слоя жидкости обеспечивает стабильность технологического режима работы аппарата, что особенно важно при процессе ректификации спирта и тем самым
обеспечивает повышение качества конечного продукта.
При выполнении ремонтных или профилактических работ конструкция легко разбирается, что обеспечивает осмотр и очистку всех поверхностей, замену, при необходимости, колпачков.
Таким образом, заявляемое изобретение обеспечивает повышение надежности уплотнения тарелки при
упрощении элементов конструкции и обеспечении требуемого качества конечного продукта, а также повышение надежности в эксплуатации, за счет полной разборности конструкции, обеспечивающей доступ к колпачкам и всем поверхностям тарелок, что делает его конкурентоспособным с самыми современными
специализированными установками, в том числе и с установкой, принятой за прототип.
Cоставитель Т.С. Волосевич
Редактор В.Н. Позняк
Корректор Т.Н. Никитина
Государственный патентный комитет Республики Беларусь.
220072, г. Минск, проспект Ф. Скорины, 66.
5
Документ
Категория
Без категории
Просмотров
0
Размер файла
176 Кб
Теги
02417, патент
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа