3.3.2 Тарелки вихревого типа
К провальным тарелкам вихревого типа можно отнести тарелку Киттеля (рисунок 3.42), которая изготавливается чаще всего из металлического листа и состоит из двух решеток (верхней и нижней). Каждая решетка разделена на шесть равных сегментов. В металлическом листе отверстия наклонены под углом к плоскости листа, что позволяет создать на тарелке направленное движение жидкости. На верхней решетке создается центробежный, а на нижней - центростремительный поток жидкости, что приводит к хорошему распределению жидкости по сечению колонны.
1 - нижняя решетка, 2 - верхняя решетка
Рисунок 3.42 – Схема работы тарелки Киттеля
Иногда над верхней
решеткой располагают брызгоотбойную
решетку с более крупными отверстиями,
сообщающими пару центробежное движение
в противоположном направлении.
1– верхняя решетка; 2 – нижняя решетка, 3 – брызгоотбойная решетка;
4 – жидкость; 5 – пар; 6 – опорная стойка
Рисунок 3.43 – Схема тарелки Киттеля с брызгоотбойными решетками
Для тарелки Киттеля, как и для ситчатой, существует определенная скорость пара, ниже которой нормальная работа тарелки нарушается из-за провала жидкости. Суммарное сечение отверстий этих тарелок составляет 20 – 25%, поэтому они имеют меньшее сопротивление, чем ситчатые тарелки. Расстояние между тарелками Киттеля (полными комплектами решеток) составляет 400 мм, при вакуумной дистилляции - 305 мм. Тарелка Киттеля обычно не имеет переливных патрубков и обладает следующими преимуществами:
- быстрое и непрерывное обновление поверхности контакта в жидкости;
- повышенная производительность вследствие относительно большого свободного сечения и действия центробежной силы, отбрасывающей жидкость к стенкам, а не вверх колонны;
- малый уровень жидкости на тарелке и большое свободное сечение обеспечивают сравнительно малое сопротивление тарелок, что открывает широкие возможности использования их для вакуумной ректификации;
- отсутствие застойных зон на тарелках.
3.4 Основы выбора типа тарелок
Тип тарелки выбирают в зависимости от нагрузок по пару и жидкости и их соотношения, физических свойств пара и жидкости и требуемой четкости разделения. Кроме того, необходимо учитывать следующие факторы: диапазон изменения нагрузок по пару и жидкости; ограничения на допустимое гидравлическое сопротивление тарелки; склонность к пенообразованию и образованию отложений, забивающих тарелку; термостойкость и агрессивность среды.
Рекомендации на применению тарелок различного типа приведены ниже [4].
Тарелки колпачковые (ОСТ 26-01-66 – 86) рекомендуется применять в процессах, протекающих при избыточном и атмосферном давлении, а также при неглубоком вакууме с нестабильными нагрузками по газу и жидкости. Диапазон устойчивой работы колонных аппаратов с колпачковыми тарелками 4,5.
Тарелки ситчатые, ситчато-клапанные, клапанные (ОСТ 26-01-108 – 85):
-тарелки ситчатые применяются в процессах со стабильными нагрузками по газу и жидкости при любых давлениях. Диапазон устойчивой работы тарелок 2;
-тарелки ситчато-клапанные применяются в процессах, протекающих преимущественно под вакуумом и при атмосферном давлении. Диапазон устойчивой работы тарелок 3 – 3,5;
-тарелки клапанные применяются в процессах, протекающих преимущественно при атмосферном и повышенном давлении. Диапазон устойчивой работы тарелок 3,5.
Тарелки
жалюзийно-клапанные (ОСТ 26-01-417 – 85) с
жалюзийно-клапанными элементами
рекомендуется применять в процессах,
протекающих при избыточном и атмосферном
давлении с нагрузкой по жидкости до
120 м
(м
ч).
Диапазон устойчивой работы
жалюзийно-клапанных тарелок 4,5.
Тарелки решетчатые (ОСТ 26-675 – 78 и ОСТ 26-02-2055 – 79) с решетчатыми полотнами применяют в процессах со стабильными нагрузками по пару и жидкости при переработке суспензий, жидкостей, склонных к выделению осадков, и полимеризующихся жидкостей.
Тарелки клапанные прямоточные (ОСТ 26-02-1401 – 76 и ОСТ 26-02-1402 – 79) применяются в процессах, протекающих как под вакуумом, так и под давлением; обладают большим диапазоном эффективной работы в самых разнообразных режимах от барботажного в перекрестном движении фаз до струйного прямоточного, реализуемого на струйных тарелках.
Тарелки ситчатые с отбойными элементами однопоточные и двухпоточные (ОСТ 26-02-2054 – 79) применяются преимущественно для вакуумных процессов разделения, а также для процессов, в которых лимитируется гидравлическое сопротивление. Для тарелок этого типа характерно малое среднее время пребывания жидкости на тарелках, что важно для процессов с реакциями полимеризации. Высокие скорости фаз и дисперсность жидкости препятствуют загрязнению тарелок и способствуют стабильности работы в процессе эксплуатации. Диапазон устойчивой работы от 2,2 до 3,2.
Тарелки S-образно-клапанные однопоточные и двухпоточные (ОСТ 26-02-536 – 78) обеспечивают высокую производительность и эффективность; применяются в процессах, в которых гидравлическое сопротивление не является определяющим. Диапазон устойчивой работы 3.
Тарелки клапанные балластные (ОСТ 26-02-2061 – 80) применяются в процессах, протекающих под вакуумом. Тарелки этого типа обладают всеми преимуществами прямоточных тарелок, имеют больший диапазон устойчивой работы и, при прочих равных условиях, меньшее гидравлическое сопротивление (в среднем на 25%).
Ниже приведены примеры условного обозначения тарелок различного типа.
Пример условного обозначения колпачковой тарелки колонного аппарата диаметром 400 мм, высотой сливного патрубка 280 мм, с колпачками исполнения 1, высотой прорези колпачка 20 мм, изготовленной из стали 08Х13:
Тарелка 400-280-1-20-08Х13 ОСТ 26-01-66-81.
То же с колпачками исполнения 2, величиной зазора к=5 мм, из стали ВСт3сп:
Тарелки 400-280-2-20-5-ВСт3сп ОСТ 26-01-66-81.
Пример условного обозначения колпачковой тарелки колонного аппарата диаметром 1600 мм, высотой сливного листа 535 мм, с колпачками исполнения 1, высотой прорези колпачка 20 мм, изготовленной из стали 12Х18Н10Т:
Тарелки 1600-535-1-20-12Х18Н10Т ОСТ 26-01-66-81.
Пример условного обозначения решетчатой тарелки диаметром 3000 мм с щагом щелей 10 мм, изготовленной из стали 08Х13 и уплотняющей прокладкой из асбестовой ткани:
Тарелка ТР3000-10-08Х13-А ОСТ 26-02-2055-79.
Пример условного обозначения ситчатой тарелки (тип 1) исполнения 1 (неразборной), диаметром 400 мм, длиной сливного патрубка 282 мм,высотой сливного порога 30 мм, диаметр отверстия 5 мм, из стали 08Х13:
Тарелка 1-1-400-282-30-5-12-08Х13 ОСТ 26-01-108-79.
Пример условного обозначения клапанной тарелки (тип 3) исполнения 3 , диаметром 3600 мм, длиной сливного порога 740 мм, высотой сливного порога 25 мм, из стали 08Х22Н6Т:
Тарелка 3-3-3600 -740-25-08Х22Н6Т ОСТ 26-01-108-79.
Существование большого числа типов тарелок и постоянное появление новых типов затрудняет набор оптимальной конструкции. По ряду типов тарелок отсутствуют достаточно надежные данные об их работе, а многие типы не испытывались в производственных условиях.
Как уже отмечалось основными показателя при выборе типа тарелки являются ее эффективность (или число единиц переноса на тарелку, производительность ( нагрузка по газу) пределы работы отношение максимальной нагрузки по газу к минимальной) и гидравлическое сопротивление. Кроме того. надо учитывать и другие факторы: величину брызгоуноса и необходимое расстояние между тарелками, расход металла и стоимость тарелки, простоту изготовления, возможность отвода тепла, стойкость к коррозии и др.
Сравнительная характеристика тарелок различного типа дана в таблице 3.1, где за тарелку сравнения принята колпачковая с круглыми колпачками.
Таблица 3.1 – Сравнительная характеристика тарелок
|
Показатели |
Тип тарелки | ||||||
|
колпачковая |
с S-образными элементами |
клапанная |
ситчатая* |
струйная |
струйная с отбойными элементами |
решетчатая провальная | |
|
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
|
Относительная производитель-ность |
1,0 |
1,0 |
1,2 |
1,2 |
1,2 |
1,4 |
1,2 –1,4 |
|
Относительная эффективность** |
1,0 |
1,0 |
1,0 – 1,1 |
1,0 – 1,1 |
0,8 |
0,8 – 0,9 |
0,75 |
|
Диапазон стабильной работы*** |
2,0-3,5 |
2,0-2,5 |
3,0-0,4 |
2,0-3,0 |
2,0-3,0 |
2,0-3,0 |
1,5-1,8 |
|
Гидравлическое
сопротивление при оптимальной
нагрузке, 10 |
7- 10 |
7-10 |
5-8 |
3-4 |
2-5 |
1-3 |
3-4 |
|
Относительная стоимость: из углеродной стали из легированной стали |
1,0
1,4 |
0,60
1,0 |
0,65
1,0 |
0,60
1,0 |
0,50
0,85 |
0,50
0,85 |
0,50
0,85 |
|
Пригодность
работы
|
1 |
1 |
0 |
1 |
3 |
- |
2 |
Па
*
*Продолжение таблицы 3,1
|
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
|
Удобство
очистки |
1 |
2 |
2 |
4 |
2 |
2 |
4
|
*
Тарелка со свободным сечением 3…10%.
** При нагрузке 85% от максимальной
*** По отношению максимальной и минимальной допустимых нагрузок по жидкости: меньше цифры соответствуют большим нагрузкам [30…60 м2/( м· ч)], большие – малым и средним; приведенные цифры соответствуют расстояниям между тарелками 450…600 мм.
Оцениваются по
пятибалльной системе.
Пригодны при
больших диаметрах отверстий.
В работе [ ] приведен технико-экономический анализ эффективности различных тарелок.
Для ориентирования при выборе типа тарелки можно пользоваться таблицей 3.2, составленной Дытнерским Ю. И.
В таблице соответствие каждой тарелки тому или иному показателю оценено по шкале: 0-не пригодна; 1-сомнительно пригодна (целесообразно рассмотреть возможность замены другим типом); 2- пригодна; 3- вполне пригодна; 4-хорошо пригодна;
При выборе тарелки должны учитываться лишь важнейшие для данного конкретного случая показатели. Тарелки, для которых одному из предъявляемых требований соответствует балл 0, отвергаются; для остальных тарелок баллы суммируются по всем выдвинутым показателям. Самой пригодной можно считать тарелку, для которой сумма баллов - наибольшая. Для окончательного выбора надо рассмотреть оценки по отдельным показателям, обращая внимание на баллы 1и 5. Окончательное решение обычно является компромиссным между желательными и нежелательными характеристиками. При этом учитывают и такие факторы, как промышленный опыт эксплуатации, возможность быстрого изготовления и т.д.
Пример. Требуется поглощать SO3 cерной кислотой, причем основными требованиями являются (см. таблицу 3.2): 1) большая нагрузка по газу; 2) большая область устойчивой работы; 3) малое гидравлическое сопротивление; 4) малый брызгоунос; 7) большая эффективность; 9) возможность изменения нагрузок по жидкости и газу; 10) малые капитальные затраты ; 11) малый расход металла (материал-нержавеющая сталь); 13) легкость осмотра, чистки и ремонта; 16) возможность отвода тепла; 17) возможность использования для агрессивных сред.
|
Таблица 3.2- Сравнительная характеристика тарелок |
Типы тарелок |
20 |
22 |
4 |
3 |
3 |
4 |
4 |
5 |
4 |
4 |
4 |
3 |
4 | |||||||||||||||||||||
|
19 |
21 |
5 |
1 |
3 |
4 |
5 |
5 |
4 |
4 |
5 |
3 |
4 | |||||||||||||||||||||||
|
18 |
20 |
4 |
4 |
4 |
3 |
3 |
3 |
4 |
4 |
4 |
3 |
4 | |||||||||||||||||||||||
|
17 |
19 |
5 |
1 |
3 |
5 |
5 |
5 |
4 |
3 |
5 |
3 |
4 | |||||||||||||||||||||||
|
16 |
18 |
4 |
3 |
3 |
3 |
4 |
5 |
4 |
3 |
4 |
3 |
4 | |||||||||||||||||||||||
|
15 |
17 |
4 |
4 |
4 |
4 |
4 |
3 |
5 |
4 |
4 |
3 |
4 | |||||||||||||||||||||||
|
14 |
16 |
4 |
3 |
3 |
3 |
4 |
3 |
5 |
4 |
4 |
3 |
4 | |||||||||||||||||||||||
|
13 |
15 |
4 |
3 |
2 |
3 |
4 |
2 |
4 |
4 |
4 |
2 |
3 | |||||||||||||||||||||||
|
12 |
14 |
5 |
2 |
1 |
4 |
4 |
4 |
4 |
3 |
4 |
0 |
2 | |||||||||||||||||||||||
|
11 |
13 |
4 |
3 |
1 |
3 |
4 |
3 |
5 |
4 |
4 |
1 |
5 | |||||||||||||||||||||||
|
10 |
12 |
4 |
2 |
1 |
4 |
4 |
4 |
5 |
4 |
4 |
1 |
5 | |||||||||||||||||||||||
|
9 |
11 |
2 |
4 |
4 |
3 |
5 |
3 |
5 |
5 |
5 |
3 |
4 | |||||||||||||||||||||||
|
8 |
10 |
4 |
5 |
5 |
2 |
3 |
3 |
4 |
5 |
4 |
5 |
3 | |||||||||||||||||||||||
|
7 |
9 |
4 |
5 |
5 |
2 |
4 |
3 |
4 |
4 |
4 |
5 |
3 | |||||||||||||||||||||||
|
6 |
8 |
4 |
5 |
5 |
3 |
3 |
3 |
4 |
5 |
4 |
5 |
4 | |||||||||||||||||||||||
|
5 |
7 |
4 |
3 |
5 |
2 |
|
4 |
5 |
4 |
5 |
4 |
3 | |||||||||||||||||||||||
|
4 |
6 |
4 |
2 |
3 |
3 |
3 |
3 |
4 |
4 |
4 |
3 |
4 | |||||||||||||||||||||||
|
3 |
5 |
3 |
3 |
4 |
0 |
2 |
0 |
3 |
4 |
3 |
4 |
3 | |||||||||||||||||||||||
|
2 |
4 |
1 |
3 |
3 |
0 |
1 |
0 |
2 |
3 |
1 |
2 |
1 | |||||||||||||||||||||||
|
1 |
3 |
2 |
3 |
4 |
0 |
1 |
0 |
3 |
4 |
2 |
|
2 | |||||||||||||||||||||||
|
Показатель |
2 |
Нагрузки по жидкости и газу большие малые
|
.Большая область устойчивой работы |
Малое гидравлическое сопротивление |
Малый брызгоунос |
Малый запас жидкости |
Малое расстояние между тарелками |
Большая эффективность |
Большая интенсивность |
Реагирование на изменение нагрузок по жидкости и газу |
Малые капитальные затраты | ||||||||||||||||||||||||
|
№ |
1 |
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
9 |
10 | ||||||||||||||||||||||||
|
|
Продолжение таблицы 3.2 |
22 |
5 |
4 |
3 |
2 |
3 |
0 |
2 |
Обозначение типов тарелок; 1 колпачковая с круглыми колпачками; 2 колпачковая с прямоугольными колпачками. 3«Юнифлакс»; 4 ситчатая (с); 5 ситчатая с направляющими отбойниками; 6 клапанная с круглыми клапанами; 7 клапанная с прямоугольными клапанами; 8 балластная; 9 «Вест» ( колпачково-ситчатая); 10 решетчатая (провальная); 11 дырчатая (провальная); 12 трубчатая (провальная); 13 волнистая (провальная); 14 с разной перфорацией (провальная); 15. «Кителя»; 16 чешуйчатая; 17 пластинчатая; 18 гипронефтемаша; 19 каскадная; 20 «Вентурн». | |||||||||||||||||||||||||
|
|
21 |
5 |
4 |
3 |
2 |
3 |
0 |
2 | |||||||||||||||||||||||||||
|
|
20 |
4 |
4 |
3 |
1 |
3 |
0 |
| |||||||||||||||||||||||||||
|
|
19 |
5 |
4 |
3 |
2 |
3 |
0 |
2 | |||||||||||||||||||||||||||
|
|
18 |
5 |
4 |
3 |
2 |
3 |
0 |
2 | |||||||||||||||||||||||||||
|
|
17 |
4 |
5 |
3 |
4 |
3 |
2 |
3 | |||||||||||||||||||||||||||
|
|
16 |
5 |
5 |
4 |
4 |
3 |
3 |
4 | |||||||||||||||||||||||||||
|
|
15 |
4 |
3 |
3 |
3 |
3 |
3 |
2 | |||||||||||||||||||||||||||
|
|
14 |
2 |
2 |
4 |
5 |
2 |
5 |
3 | |||||||||||||||||||||||||||
|
|
13 |
5 |
5 |
4 |
3 |
3 |
3 |
4 | |||||||||||||||||||||||||||
|
|
12 |
5 |
5 |
5 |
4 |
2 |
3 |
4 | |||||||||||||||||||||||||||
|
|
11 |
3 |
3 |
1 |
0 |
4 |
3 |
1 | |||||||||||||||||||||||||||
|
|
10 |
3 |
3 |
2 |
1 |
4 |
2 |
2 | |||||||||||||||||||||||||||
|
|
9 |
4 |
4 |
3 |
1 |
5 |
2 |
2 | |||||||||||||||||||||||||||
|
|
8 |
4 |
4 |
3 |
1 |
4 |
2 |
2 | |||||||||||||||||||||||||||
|
|
7 |
3 |
2 |
2 |
0 |
3 |
0 |
2 | |||||||||||||||||||||||||||
|
|
6 |
4 |
4 |
3 |
1 |
2 |
3 |
3 | |||||||||||||||||||||||||||
|
|
5 |
|
3 |
3 |
0 |
4 |
1 |
2 | |||||||||||||||||||||||||||
|
|
4 |
2 |
1 |
1 |
0 |
4 |
1 |
1 | |||||||||||||||||||||||||||
|
|
3 |
2 |
1 |
2 |
1 |
4 |
1 |
2 | |||||||||||||||||||||||||||
|
|
2 |
Малый расход металла |
Легкость монтажа |
Легкость осмотра, чистки и ремонта |
Возможность обработки жидкости с примесями твердых частиц |
Легкость пуска и остановки |
Возможность отвода тепла |
Возможность использования в агрессивных средствах | |||||||||||||||||||||||||||
|
|
1 |
11 |
12 |
13 |
14 |
15 |
16 |
17 | |||||||||||||||||||||||||||
Тарелки 1, 2, 3, 5,12, 16-20 непригодны, так как по показателям 3, 9, 16 они имеют балл 0. Сумма баллов для остальных типов приведена в таблице 3.3:
Таблица 3.3 Результаты технико-экономического анализа эффективности тарелок
|
Тип |
Тарелка |
Общее число баллов
|
Число баллов 5 |
Число баллов 11
|
|
14 6 10 15 7 11 4 8 13 9 |
С двойной перфорацией Клапанная с круглыми клапанами Решетчатая провальная Кителя Клапанная с прямоугольными клапанами Дырчатая провальная Ситчатая провальная Балластная Волнистая провальная «Вест» |
41 40 40 39 38 38 37 36 34 34 |
2 3 3 0 2 2 0 3 0 2 |
0 0 2 0 0 2 0 0 0 2 |
Наиболее пригодными можно считать тарелки с двойной перфорацией и клапанную с круглыми клапанами. Учитывая малые капитальные затраты, можно применить решетчатую и дырчатую провальные тарелки, хотя по ряду показателей они хуже.