стока жидкости и прохода пара распределяются случайным обра- зом по площади тарелки (рис. XIV-24).

Различают также тарелки барботажного и струйного типов.

Элементы контактных устройств барботажных тарелок (кол- пачки, клапаны, отверстия в полотне тарелки) создают движе- ние пара в слое жидкости почти в вертикальном направлении (рис. XIV-25). Среди барботажных можно выделить тарелки со стесненным и свободным зеркалом барботажа (рис. XIV-26). В тарелках со стесненным зеркалом барботажа часть поверхности жидкости (примерно от 50 до 75%) занята устройствами для

Рис. XIV-25. Основные типы барботажных тарелок (ж — жидкость, п

а — колпачковая; б — клапанная; в — ситчатая.

пар):'

ввода пара в жидкость (колпачками). В тарелках со свободным зеркалом барботажа устройства для ввода пара в жидкость раз- мещены практически на одном уровне с'полотном тарелки (отвер- стия, клапаны, язычки и т. п.). Поэтому площадь для выхода пара из жидкости составляет примерно 70—90% рабочей пло- щади тарелки.

Струйные тарелки создают прямоточное движение фаз в преде- лах всей тарелки или отдельных ее участков при высоких скоро- стях движения пара (рис. XIV-27). ,

В нефтегазоперерабатывающей промышленности СССР в основ- ном применяют стандартные конструкции тарелок, разработанные ВНИИнефтемашем (клапанные прямоточные, из S-образных эле-

ментов, ситчатые из просечно-вытяж- ного листа с отбойниками, решет- чатые провальные, желобчатые кол-

w = 0,847.10-^ 1/

V рп

Рис. XIV-26. Барботахные тарелки со стеснен- ным и свободным зеркалом барботажа (зеркало барботажа заштриховано): а — со стесненным; б — со свободным.

пачковые) и УкрНИИхиммашем (колпачковые капсульные, ре­шетчатые, провальные, ситчатые, жалюзийно-клапанные).

Расчет основных размеров тарельчатых колонн. Технологи­ческими расчетами определяют основные параметры процесса ректификации: давление, температуры, жидкостные и паровые нагрузки, число тарелок в колонне. Эти данные служат исходным материалом для гидравлических расчетов, обусловливающих вы­бор размеров основных рабочих сечений колонны и тарелок. Правильно организованный гидравлический режим работы ко­лонны обеспечивает получение заданных производительности и эффективности аппарата.

Рис. XIV-27. Некоторые типы струйных тарелок:

а — с вертикальными поперечными перегородками и вводом пара в направлении течения жидкости; б — с продольными перегородками и вводом пара перпендикулярно направ­лению течения жидкости; в — с вводом пара вдоль и поперек направления течения жид­кости; г — с прямоточно-пересекающимися направлениями движения жидкости и пара.

i Тарелки с"переливными устройствами. Диаметр колонн опре­деляется паровой и жидкостной нагрузками и допустимой ско­ростью движения паров в колонне. Линейную скорость паров в колонне определяют по уравнению

Рж —Рп (XIV,82)

10 Молоканов ю. К.

289

Рис. XIV-28. График для определения величины коэффициента С (Я_т — расстояние между тарелками):

кривая максимальных нагрузок для колпачковых тарелок и нормальных нагрузок для провальных, ситчатых и других аналогичных тарелок; 2 — кривая][нормальных нагрузок колпачковых тарелок; 3 — вакуумные колонны без ввода водяного пара с сет­чатыми отбойниками, стриппинг-секции атмосферных колонн; 4 — десорберы абсорбци­онных установок, вакуумные колонны с вводом водяного пара; 5 — абсорберы; 6 — разделение жидкостей, склонных к разложению под вакуумом, разделение вязких жидко­стей под вакуумом, высококипящих ароматизированных фракций.

Рис. XIV-29. Схема для гидравлического расчета основных размеров переливного ус­тройства.

С^р_п(рж —рп)

где (З_п — паровая нагрузка, кг/ч.

Полученный по приведенным уравнениям диаметр колонны округляют до ближайшего стандартного и затем проверяют его приемлемость после расчета переливных устройств.

При расчете переливных устройств обычно исходят из допу- щения, что через них течет свободная от пара жидкость, а способ- ность жидкости к вспениванию учитывают последующим введением соответствующих поправочных коэффициентов. Схема для расчета переливного устройства приведена на рис. XIV-29.

а массовую скорость по уравнению

G = 0,305С Vpu (Рж - Рп) (XIV,83)

где G — массовая скорость паров в свободном сечении колонны, кг/(м²-ч); р_п> р_ж — плотность пара и жидкости, кг/м³; С — коэффициент, зависящий от кон- струкции тарелки, расстояния между тарелками и поверхностного натяжения жидкости а; коэффициент С при а> 20-10"³ Н/м определяют по графику на

рис. XIV-28; при о < 20-10 ³ Н/м вводят поправку по следующему уравнению:

С=С₂₀У - . (XIV,84)

коэффициент С₂₀ определяют по графику рис. XIV-28.

Расстояние между тарелками обычно принимают от 0,2 до 0,8 м. Диаметр колонны в метрах можно найти по уравнению

D_K= 2]Л

Gu

(XIV,85)

Степень вспениваемости К_п

Слабопенящаяся 1,25—1,50

Среднепенящаяся 2,0

Сильнопенящаяся 2,5—3,0

Ширина переливного кармана в его верхней части

(1.5 — 2,0)/_к (XIV,87)

Расстояние между тарелками определяют из условия

Н_Г^К_ПН_Ж - (h_w + h_W2 —h_Wl) (XIV,88)

где #_т и Н_ж — расстояние между тарелками и высота невспененной жидкости в переливе.

Ширина сегментного переливного кармана S_K связана с дли­ной сливной перегородки В и диаметром колонны D_K соотно­шением

ж-Ц'-КНтУ) <^xiv'⁸»>

Обычно B/D_K = 0,6—0,8.

Сечение нижней части переливного устройства определяют из условия, что скорость движения жидкости в самом узком сече­нии хю_ж% не превышает 0,2 м/с и не более скорости всплывания пузырей w*.

Минимально необходимую площадь нижнего сечения перелив­ного кармана определяют из следующего выражения:

f Q _ Дк (.Bo/D_K)(l-Vl-{Bo/D_K)² _/YTV t_± = —— - 3 (XI V,90)

где Q — объемный расход жидкости, м^с; В₀ — длина сливной перегородки в ниж­нем сечении кармана, м.

Размеры остальных сечений переливного -устройства опреде­ляют, исходя из равенства скоростей жидкости в этих сечениях скорости w_Xl.

10* 291

где |_ж — коэффициент сопротивления, равный 2,1 при плавном закруглении нижней кромки и 3,2 для перегородок с острой нижней кромкой.

Рис. XIV-31. Схема для расчета сопротивления клапанной и ситчатой тарелок.

Подпор жидкости над сливной перегородкой h_ow в метрах рассчитывают по уравнению водослива

\_ow =2,9. l^VWW (XIV,92)

Расчет сопротивления тарелки. Сопротивление тарелки потоку пара связано с преодолением местных сопротивлений в каналах тарелки и слоя жидкости на тарелке. Схемы для расчета сопротив­ления колпачковой, клапанной и ситчатой тарелок приведены на рис. XIV-30 и XIV-31.

Общее сопротивление тарелки Др обычно представляют в виде суммы трех составляющих: сопротивления сухой тарелки Ар_с, сопротивления слоя жидкости на тарелке Ар_ж и сопротивления, обусловленного силами • поверхностного натяжения, Ар_а, т. е.

АР = Ьрс + Ар_ж + А р_а (XIV,93)

Сопротивление сухой тарелки определяют по уравнению

(XIV,94)

Коэффициент сопротивления сухой тарелки £ получают при продувке модели тарелки. В первом приближении величину коэффициента £ можно рассчитать по уравнениям гидравлики как сумму коэффициентов местных сопротивлений, учитывающих из­менение направления движения потока пара, а также живых

Рис. XIV-32. Схема для гидравлического расчета тарелок провального типа.

весьма жестко. Схема для расчета этого типа тарелок дана на рис. XIV-32. Скорость пара в колонне с провальными тарелками можно рассчитать по уравнению

*Фо/^°жУ<*эРж/Рп (XIV,97)

сечений при прохождении через каналы тарелки. Ниже приведены средние величины коэффициента £ для некоторых типов тарелок:

Тарелки £

Колпачковая

желобчатая 4,6—5,1

капсульная 4,5—7,5

S-образная (для скорости в патрубках) 20

Ситчатая * при ф₀

0,05—0,10 1,82

0,03—0,05 1,95—2,0

0,15—0,20 1,4—1,5

Клапанная (клапаны полностью открыты) 3,63

Струйная

без перегородок . 1,80

с перегородками 2,35—2,90

* ф₀ — свободное сечение тарелки, м²/м².

где — вязкость жидкости, мПа-с; q>₀ — свободное сечение тарелки, м²/м²; В — коэффициент, имеющий следующие значения при минимальной и рабочей скорости пара:

Тарелка в

Стандартная

минимальная скорость пара 5,4

то же, рабочая 10

С отгибкой кромок щелей, трубчато-решетчатая

минимальная скорость пара 6,25

то же, рабочая 12,5

При расчете рабочей скорости пара по уравнению (XIV, 97) получается запас примерно 30—35% по отношению к скорости захлебывания. Уравнение (XIV, 97) справедливо при d₃ < 0,012 м. Диаметр колонны рассчитывают по уравнению