Diplom Linar / Бирдегулов Диплому / 1359417_FD6CA_dahin_o_h_massoobmennye_kolonnye_apparaty_konstrukciya_princ

7БЕСКОЛПАЧКОВЫЕТАРЕЛКИ

7.1Принципработыбесколпачковыхтарелок

По принципу работы бесколпачковые барботажные тарелки (ситча-

тые клапанные, а также секционированные по потоку жидкости), снабжен-

ные переливными устройствами, аналогичны колпачковой тарелке. У этих тарелок поток паров разбивается на струи в соответствии с числом отвер-

стий, имеющихся на тарелке. Слой жидкости на таких тарелках поддержи-

вается благодаря напору потока паров, проходящих через отверстия в по-

лотне тарелки. Высота слоя жидкости регулируется высотой сливной планки hw. При недостаточном напоре паров жидкость начинает стекать через те же отверстия, через которые проходит пар, и поддержание необ-

ходимого уровня жидкости на тарелке становится невозможным. Это при-

водит к значительному снижению эффективности контакта фаз. Поскольку пары барботируют по всей площади жидкости, тарелки этого типа назы-

вают тарелками со свободным зеркалом барботажа (рис. 7.1)

Отличительной особенностью клапанных тарелок является увеличе-

ние их свободного сечения по мере увеличения скорости газа. Благодаря этому скорость газа при его выходе в слой жидкости остается примерно постоянной вплоть до полного открытия клапана. Перекрытие отверстий тарелки саморегулирующимися клапанами позволяет расширить интервал рабочих нагрузок. У струйных тарелок (рис. 7.1) контактные элементы

(клапаны, просечки, лепестки и т.п.) расположены таким образом, что пар,

выходящий в жидкость под некоторым углом оси к горизонту, приобретает горизонтальную составляющую скорости, совпадающую с направлением движения жидкости по тарелке или под некоторым углом к нему. Благода-

ря этому можно создать наиболее благоприятные условия для эффективно-

го контакта фаз при высокой производительности контактного устройства.

При чисто прямоточном движении фаз и большой скорости пара происхо-

71

дит снос жидкости в направлении сливного кармана, что затрудняет работу переливного устройства и приводит к снижению эффективности работы тарелки.

Рис. 7.1. Схема тарелки с прямоточными клапанными и просечными элементами ( верхняя часть рисунка) и ситчатой (нижняя часть рисунка) тарелки.

На тарелках провального типа паровая и жидкая фазы контактируют по схеме противотока, благодаря чему происходит интенсивное перемеши-

вание жидкости по всей высоте контактной зоны.

Тарелки этого типа гораздо более чувствительны к изменению нагру-

зок по жидкости и пару и имеют более узкий рабочий диапазон, чем у та-

релок со специальными переливными устройствами. При небольшой паро-

вой нагрузке напор паров недостаточен для образования слоя жидкости на тарелке. При больших паровых нагрузках сопротивление течению жидко-

сти через отверстия тарелки становится столь значительным, что пена за-

полняет практически все межтарельчатое пространство высотой Нm, и

нормальный переток жидкости с тарелки на тарелку нарушается. При этом резко возрастает гидравлическое сопротивление потоку паров. Такой ре-

72

жим работы называется захлебыванием и определяет предельные паровую

и жидкостную нагрузки колонны.

Чтобы избежать этого, прибегают к различным приемам, позволяю-

щим локализировать (скомпенсировать) прямоточное движение фаз и не

допустить его распространения на всю тарелку, примером может служить

установка поперечных и продольных секционирующих перегородок и от-

бойных устройств, создание движения фаз в пересекающихся направлени-

ях и т.п. Для иллюстрации на рис. 7.2 приведена схема тарелки с верти-

кальными секционирующими перегородками.

Рис. 7.2. Схема струйной тарелки с вертикальными поперечными секционирующими перегородками:

1 - корпус колонны; 2 - стенка переливного кармана; 3 - сливная перегородка; 4 - лепесток (язычок); 5 - вертикальная перегородка; 6 - прорезь в вертикальной перегородке; 7 - подпорная перегородка; 8 - приемный карман; 9 - основание тарелки.

Секции тарелок устанавливают на металлический каркас, приварен-

ный к корпусу колонны, и крепят к нему болтами. Плотность соединений

обеспечивается установкой прокладок. К монтажу бесколпачковых тарелок

предъявляют требования точности сборки. Отклонение положения тарелки

73

от горизонтального не должно превышать 1/1000 диаметра, то есть не бо-

лее 3 мм для колонны диаметром 3000 мм.

Ситчатая тарелка - это лист с пробитыми в нем круглыми (а), щеле-

видными (б) или просечными треугольными (в) отверстиями размером

2-15 мм (рис. 7.3). Пар, проходящий в отверстия, барботирует через слой жидкости, которая стекает через переливные патрубки. Скорость пара в отверстиях 1,0-1,2 м/с. Если переливные устройства на тарелке отсутству-

ют, то ситчатые тарелки работают в провальном режиме. В этом режиме жидкость стекает в отверстиях по стенкам, а пар поднимается навстречу по центру отверстия.

Рис. 7.3. Форма отверстий в ситчатых тарелках.

Схема ситчатой тарелки со сливными устройствами показана на рис. 7.4. Поток паров, движущихся снизу, пройдя через множество отверстий на тарелке, делится на мелкие струйки. Напором этих струек на тарелке поддерживается слой флегмы, через который барботируют пары. Высота слоя тем больше, чем больше напор паров. Сливные устройства регулиру-

ют так, чтобы не допустить поднятия уровня жидкости на тарелке выше расчетного (обычно 30-100 мм).

74

На рис. 7.5 приведена схема бесколпачковой тарелки без специаль-

ных сливных устройств, называемой тарелкой провального типа. Слив флегмы на нижележащую тарелку, как и подъем паров из пространства под тарелкой, осуществляется через отверстия тарелки. Тарелки этого типа мо-

гут работать нормально лишь в узких диапазонах нагрузок по пару и жид-

кости. При напоре паров выше нормального слив флегмы через отверстия тарелки нарушится, а при малом напоре не будет обеспечен необходимый уровень жидкости на тарелке и произойдет ее провал на нижеследующую тарелку.

На бесколпачковых тарелках со сливными устройствами при малом скоростном напоре паров также не поддерживается соответствующий слой жидкости. В таких случаях жидкость проваливается не через сливные устройства, а через те отверстия, через которые проходит пар (как и в та-

75

релках провального типа). Отверстия в тарелках, работающих в проваль-

ном режиме, несколько крупнее, чем в переливных.

Ситчатые тарелки просты по конструкции и достаточно эффективны.

Основной недостаток - это необходимость точного регулирования заданно-

го режима (особенно по расходу газа) и чувствительность к осадкам и от-

ложениям, забивающим отверстия. Ситчатые тарелки применяют в основ-

ном для колонн малого размера, так как при диаметрах более 2,5 м

распределение жидкости на тарелке становится неравномерным.

7.2 Ситчатые тарелки с отбойными элементами

Полотно тарелки выполняют из просечно-вытяжных листов. направ-

ление просечки совпадает с направлением движения жидкости. Над полот-

ном тарелки (рис. 7.6) поперек потока жидкости с шагом 200 мм и углом наклона 60º к полотну устанавливают отбойные элементы из просечно-

вытяжного листа высотой 150 мм. Отбойные элементы располагают на расстоянии 40 мм от полотна тарелки. Направление просечки отбойных элементов ориентировано так, что газожидкостный поток, попадая на них,

отбрасывается вниз к полотну (рис. 7.6). Отбойные элементы организуют зону контакта фаз, способствуют сепарации жидкости и снижают ее унос.

Имеется модификация тарелок из просечно-вытяжных листов, с раз-

личным направлением просечки у отдельных секций полотна. Это обеспечи-

вает взаимодействие потоков в контактной зоне и благоприятно сказывается на работе тарелки. За рубежом такие тарелки получили название «Перформ».

Ситчатые тарелки с отбойными элементами имеют высокую производитель-

ность по пару, низкое гидравлическое сопротивление; их применяют наряду с клапанными тарелками в вакуумных колоннах.

76

Рис. 7.6. Ситчатая тарелка с отбойными элементами:

1 - отбойные элементы; а - дренажное отверстие.

7.3 Перфорированныеситчатыетарелки

Такие тарелки представляют собой плоский перфорированный лист со сливными устройствами. Перфорацию выполняют в виде круглых отверстий

(рис. 7.7) диаметром d =3-4 мм и более, с шагом t=(3-5)d. Площадьотверстий

77

взависимости от производительности тарелки по парусоставляет от 8 до 30 % от

площадисеченияколонны.

Рис.7.7.Элементтарелкиизпросечно-вытяжныхлистов: 1 - полотно тарелки;2 -отбойныйэлемент

78

Рис. 7.8. Полотно ситчатой тарелки

Рис. 7.9. Тарелка с двумя зонами контакта фаз.

Известны конструкции многосливных тарелок с двумя зонами кон-

такта фаз с ситчатым полотном или контактными элементами другого ти-

па. В этом случае переливное устройство (рис. 7.9). В нижней части имеет щель (прорезь), из которой жидкость вытекает в виде пленки, пе-

79

рекрывающей сечение колонны под полотном тарелки. Таким образом, об-

разуется вторая зона контакта фаз в пространстве между тарелками.

7.4 Расчетколоннсситчатымитарелками

От колпачковых ситчатые тарелки отличаются тем, что газораспределите-

лем у них является дырчатый лист. Конструкция сливных устройств такая же,

как и у колпачковых.

Отверстиявтарелкеимеютследующиеразмеры: d0 =0,9-2 мм - для обработки чистых жидкостей;

d0 > 2 мм - для обработки загрязненных жидкостей.

Размещение отверстий производится по вершинам равносторонних тре-

угольников или квадратов. Толщина перфорированного листа δ = (0,8 - 1,5)d0.

Сливные устройства занимают 10 - 15 % общей площади тарелки. Доля свобод-

ного сечения ситчатых тарелок составляет 0,03 - 0,1 и рассчитывается по формуле

(7.1)

где К=0,9 - при размещении отверстий по вершинам равносторонних треуголь-

ников; К = 0,785 - при размещении отверстий по вершинам квадратов; fT - об-

щая площадь тарелки; fc.y. - площадь, занимаемая сливными устройствами;t -

шагразмещенияотверстий.

На основе анализа литературных данных для расчета скорости пара в колоннах с ситчатыми тарелками можно рекомендовать эмпирическую формулу

(7.2)

где hT - расстояние между тарелками, м; hж - высота исходного слоя жид-

80