Учебники и учебные пособия / Конструирование и расчет элементов колонных аппаратов. Учебное пособие

3.4.1 УСТРОЙСТВО ТАРЕЛОК КОЛПАЧКОВЫХ

Устройство колпачковых тарелок рассмотрено в работах

[1,4,12,15,18,24,26,31]. Такая тарелка (рис. 3.25) состоит из основания в виде диска 1, перекрывающего большую часть сечения колонны. В диске имеются круглые отверстия с установленными в них патрубками 2, над

которыми крепятся колпачки 3. В нижней части колпачков делаются прорези.

Тарелка имеет переливные устройства, сливную регулируемую планку 4 и

иногда — затворную перегородку 5 [1].

Крепление колпачков на тарелке можно выполнить индивидуальным и групповым способами. При индивидуальном способе в конструкции, показанной на рис. 3.26,а, колпачок 1 закреплен гайками 4 и 5 на шпильке 3, приваренной к патрубку 2. Прямоугольное отверстие в колпачке под шпильку с двух

противоположных сторон имеет отогнутые кромки 2. Положение колпачка по

высоте регулируют его вращением, причем одновременно вращается и нижняя гайка 5.

Рис. 3.25. Тарелка с круглыми колпачками: 1 —основание, 2 — патрубкн, 3 — колпачки, 4 — сливная планка, 5 — затворная перегородка.

Рис. 3.26. Способы индивидуального крепления колпачка: а – на шпильке, б – с опиранием на полотно, в – на ребрах.

Применяют также варианты крепления колпачка, не позволяющие регулировать его по высоте. При этом колпачок может упираться нижними кромками прорезей в полотно тарелки (рис. 3.25,б). По другому варианту (рис. 3.25,в) колпачок 1 установлен на трех опорных ребрах 2 и притягивается к

патрубку 3 шпилькой 4 с гайкой 5. При таком креплении неточность установки

патрубков приводит к неправильному положению колпачков по высоте или перекосу, что вызывает их неравномерную работу. В связи с этим нужно

следить, чтобы верхние торцы патрубков лежали в одной горизонтальной плоскости.

Патрубки крепят к полотну тарелки развальцовкой или сваркой.

Крепление развальцовкой требует увеличения толщины полотна тарелки.

Приварка патрубка позволяет уменьшить толщину полотна до 1,5—2,0 мм. Во избежание коробления при сварке полотно в месте крепления патрубка

отбортовывают.

Колпачки тарелки изготовляют штампованными из углеродистой стали толщиной 2—4 мм или легированной стали толщиной 1,5—2,0 мм, а также

31

литыми из чугуна толщиной 5 мм. В некоторых случаях колпачки выполняют из алюминиевых сплавов, пластических масс, керамики. По окружности колпачка

для прохода паров имеются 20—40 прорезей высотой 20 или 30 мм. Патрубки для стальных тарелок изготовляют из бесшовных труб [4].

Размеры колпачков определяются, с одной стороны, возможностью более полного размещения их по плоскости тарелки и, с другой стороны,

экономическими соображениями. Потери эффективной площади тарелки колонны заданного диаметра увеличиваются с увеличением диаметра колпачка.

Так как с применением колпачков малого диаметра стоимость оборудования повышается, то рекомендуют применять колпачки таких

размеров, при применении которых теряется примерно 20% эффективной площади тарелки: для колонн диаметром до 3 м — колпачки диаметром 100 мм,

для колонн большего диаметра — колпачки диаметром 150 мм.

Колпачки, как правило, располагаются в вершинах равностороннего

треугольника, а ряды колпачков — перпендикулярно потоку жидкости. Расстояние между центрами колпачков, т.е. шаг, принимается обычно равным 1,3; 1,6 и 1,9 от диаметра колпачка. Чем больше шаг, тем меньше свободное

сечение тарелки.

Расстояние от колпачков до стенок корпуса колонны должно быть

минимальным. С учетом места, занимаемого опорным кольцом, это расстояние может быть доведено до 40 мм. Минимальное расстояние между колпачками и сливной планкой должно быть 80—100 мм.

Высота сливной планки принимается такой, чтобы погружение прорезей

было не менее 12 мм.

Максимальное отклонение плоскости тарелки от горизонтального положения должно быть не более 6 мм. Специально поставленные опыты

показали, что при больших расходах жидкости, т.е. в колоннах, работающих под

давлением, в абсорберах и десорберах допускается отклонение от горизонтальной плоскости до 10—12 мм. Максимальный прогиб балок опорного каркаса допускается до 3 мм в колоннах малого и среднего диаметров и до 6 мм в колоннах большого диаметра. Отмеченные величины допустимых

отклонений плоскости тарелки от горизонтального положения и прогибы балок

рекомендуются не только для колпачковых, но и для тарелок любых других типов [1].

Тарелки типов ТСК-1 (рис. 3.27), ТСК-Р (рис. 3.28), ТСК-РЦ/РБ с

капсульными колпачками применяют в процессах, происходящих при

избыточном и атмосферном давлении, а также при неглубоком вакууме с нестабильными нагрузками по газу и жидкости [26].

Колпачковые тарелки с капсульными колпачками до недавнего времени считали лучшими контактными устройствами для ректификационных и

абсорбционных аппаратов благодаря простоте эксплуатации и универсальности.

Основное преимущество этих тарелок — небольшое число колпачков и возможность их очистки. Остальные показатели этих тарелок низкие, поэтому в

32

настоящее время их заменяют более современными контактными устройствами

[18].

Рис. 3.27 Тарелка типа TCK-I

33

рядами клапанов 50, 75 и 100 мм, что предопределяет различное число

клапанов и соответственно разную площадь свободного сечения тарелки. Кроме того, для каждого из этих вариантов предусмотрены две модификации тарелок, отличающиеся площадями слива. При больших диаметрах (7000—

9000 мм) две смежные по высоте тарелки опираются на общую центральную

балку и каждая тарелка имеет боковые балки.

Клапанные прямоточные тарелки типа ТКП применяют в нефтеперерабатывающей и нефтехимической промышленности при атмосферном или повышенном давлении, изменяющихся нагрузках по пару (газу) и жидкости, а также при повышенных требованиях к качеству и четкости

разделения смеси.

Рис. 3.32. Схема работы клапана прямоточной тарелки стандартной конструкции при нагрузках по парам: а — малых; б — средних; в — больших.

Клапаны прямоточной тарелки с групповым балластом показаны на рис. 3.33 [4].

Рис. 3.33. Клапаны прямоточной тарелки с групповым балластом: 1 — полотно; 2 — клапан; 3 — балласт

3.4.5 УСТРОЙСТВО ТАРЕЛОК ИЗ S-ОБРАЗНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ

Конструкция тарелки (рис. 3.34) состоит из отдельных элементов, каждый из которых образует одновременно полость для жидкости и паров [1,4,12,18,24].

В вертикальной стенке части S-образного элемента, играющей роль колпачка,

имеются трапециевидные прорези. В начале тарелки установлен паровой

элемент, у слива с тарелки — жидкостной элемент. При большом числе элементов вдоль потока жидкости в середине участка предусматривают

37

разъемный S-образный элемент, что позволяет начинать разборку тарелки

также и в средней части.

Особенностью этой тарелки является течение жидкости не вдоль колпачков, как у тарелок с желобчатыми и туннельными колпачками, а поперек.

Слой жидкости движется единым потоком по тарелке в направлении к сливу,

проходя над S-образными элементами и переливаясь через них. Пары проходят через прорези S-образных элементов, барботируют через жидкость и при этом способствуют ее движению по тарелке. Паровая часть S-образного элемента 1 (рис. 3.35) с торцов перекрыта заглушками 2, чтобы не допустить выхода паров через торцы. По длине элемента для повышения устойчивости

формы приваривают поперечные перегородки 3. S-образные элементы крепят

болтами к кольцу, приваренному к корпусу колонны, а у тарелок больших диаметров к опорным балкам.

Рис. 3.34. Тарелка с S-образными элементами

38

Профиль сечения S-образного элемента имеет повышенную жесткость

по сравнению с элементами желобчатой тарелки, что позволяет выполнить S- образные элементы с небольшой толщиной стенки.

Рис. 3.35. S-образный элемент

У тарелки из S-образных элементов более полно используется сечение колонны, чем у тарелки желобчатого типа, и она обладает более высокой производительностью. Простота конструкции тарелки позволяет быстро

собрать и разобрать ее. В зарубежной практике такая тарелка получила

название тарелка типа «Юнифлакс».

Стандартом предусмотрены тарелки из S-образных элементов

диаметром: однопоточные 1000—4000 мм, двухпоточпые 1600— 8000 мм,

четырехпоточные 4000—5000 мм. При диаметре до 4000 мм тарелки имеют

безбалочную конструкцию. При больших диаметрах в конструкции предусматривают центральную двутавровую балку высотой, равной

расстоянию между тарелками; на верхнюю и нижнюю полки этой балки опирают элементы двух соседних тарелок.

Заготовку для S-образных элементов получают прокаткой на металлургическом заводе [4].

3.4.6 УСТРОЙСТВО ТАРЕЛОК СИТЧАТЫХ

Ситчатая тарелка представляет собой плоский перфорированный лист с

обычными переливными устройствами для жидкости [1,4,12,18,24]. Тарелка имеет регулируемую сливную планку, а в некоторых случаях — затворную планку. Так же как и колпачковая, ситчатая тарелка имеет гидравлический затвор в переливном устройстве.

Диаметр отверстий в тарелках принимается 2—25 мм. Раньше считалось, что отверстия диаметром 4—5 мм являются оптимальными. В результате последующего изучения гидравлики и эффективности тарелок было найдено, что тарелки с отверстиями 8—12 мм обладают еще большей производительностью и эффективностью и таким же широким диапазоном устойчивой работы, как и тарелки с меньшим диаметром отверстий.

Единственным их недостатком является то, что при больших нагрузках по пару

унос жидкости с них становится больше, чем на тарелках с отверстиями

диаметром 4—5 мм.

39