2.1.4.2 Конструкции и принцип работы основных типов тарелок

В нефтеперерабатывающей и химической промышленности СССР нашли применение в основном стандартные конструкции тарелок, разработанные ВНИИНЕФТЕМАШем (клапанные прямоточные, из S-элементов, ситчатые из просечного листа с отбойниками, решетчатые провальные, желобчатые колпачковые) и УКРНИИХИММАШем (колпачковые капсульные, провальные решетчатые, ситчатые, жалюзийно-клапанные).

При этом, до 50-х годов в нефтеперерабатывающей промышленности находились в эксплуатации в основном колонны с колпачковыми тарелками различных конструктивных модификаций; в отдельных случаях применялись ситчатые тарелки.

После 50-е годов появились новые различные конструкции тарелок, нашедшие широкое применение в промышленности, к которым можно отнести [5]:

• струйные тарелки с вертикальными перегородками;

• комбинированные ситчато-клапанные и ситчато-прямоточные тарелки;

• тарелки из S-образных элементов с отбойниками;

• тарелки из S-образных элементов с прямоточными клапанами (ТSK);

• решетчатые тарелки провального типа с отогнутыми кромками щелей;

• решетчатые тарелки провального типа из труб;

• струйные тарелки с компенсацией прямоточного движения фаз и т.д.

В большинстве случаев тарелки новых конструкций имели существенные преимущества перед колпачковыми и ситчатыми тарелками, что позволило применить их для различных процессов нефтепереработки.

Однако, в настоящее время наряду с самыми современными конструкциями, в эксплуатации находятся тарелки таких типов (желобчатые и др.), которые хотя и обеспечивают получение необходимых продуктов, но не могут быть рекомендованы для современных производств. Конструкции и принцип работы тарелок рассмотрим на примере наиболее распространенных типов тарелок: колпачковых, клапанных и провальных.

Колпачковые тарелки

К колпачковым относят тарелки с круглыми колпачками, с желобчатыми, с S-образными элементами и т.д.

Колпачковые тарелки относятся к группе барботажных. Рассмотрим особенности работы барботажной тарелки на примере колпачковой тарелки с круглыми (капсульными) колпачками, схема и общий вид которой приведены на рисунках 2.14 и 2.15.

а – общий вид тарелки; б – схема барботажа газа в зоне контакта

Рисунок 2.14 – Схема работы барботажной тарелки

С круглыми колпачками

Основной частью колпачковой тарелки (рисунок 2.15) является стальной диск 2 (или полотно тарелки) с отверстиями для паровых патрубков 6. Патрубки приварены к диску. Над патрубками установлены колпачки 5 диаметром 60, 80 или 100 мм. Колпачки имеют прорези высотой 15, 20 или 30 мм.

Рисунок 2.15 – Колпачковая тарелка

Для создания необходимого уровня жидкости на тарелке ее снабжают сливной перегородкой 3. Переливная перегородка 1 образует переливной карман, в который погружается сливная планка 4 тарелки, расположенной выше.

Применяют два варианта крепления колпачка к тарелке. В исполнении 1 положение колпачка можно регулировать по высоте, в исполнении 2 регулирование невозможно, и нижние кромки прорезей в этом случае упираются в полотно тарелки. Тарелка работает следующим образом. Жидкость поступает на полотно тарелки из переливного устройства. Поступающая жидкость заполняет тарелку на высоту, определяемую сливной перегородкой 3, при этом прорези колпачков должны быть погружены в жидкость. Пар проходит через паровые патрубки, щели колпачков и барботирует сквозь слой жидкости.

Газ и жидкость взаимодействуют в перекрестном токе: жидкость движется по тарелке от переливного кармана к сливной перегородке и далее на расположенную ниже тарелку, а газ – вверх по оси колонны.

Стенка переливного устройства погружена в жидкость, находящуюся на нижележащей тарелке, что обеспечивает в колонне соответствующий гидравлический затвор.

Колпачковые тарелки можно изготовлять из чугуна, меди, керамики, углеграфита, пластмасс и др.

Тарелки с капсульными колпачками имеют относительно высокий КПД (0,75–0,80) и работают в широком диапазоне производительностей по газу. Их можно использовать при нестабильных нагрузках по жидкости и пару. К недостаткам этих тарелок следует, прежде всего, отнести значительные металлоемкость и трудоемкость изготовления.

Колпачковые тарелки с капсульными колпачками до недавнего времени считали лучшими контактными устройствами для ректификационных и абсорбционных аппаратов благодаря простоте эксплуатации и универсальности.

К недостаткам колпачковых тарелок следует отнести низкую удельную производительность, относительно высокое гидравлическое сопротивление, большую металлоемкость, сложность и высокую стоимость изготовления.

В ректификационных аппаратах нефтеперерабатывающих производств используют тарелки с желобчатыми (туннельными) колпачками (рисунок 2.16).

Рисунок 2.16 – Тарелка с желобчатыми (туннельными) колпачками

Такие тарелки собирают из штампованных желобов 1, уложенных по ходу жидкости на опорные уголки 2 и накрытых колпачками 3 так, что между ними образуются паровые каналы. Для равномерного распределения пара колпачки в нижней части имеют трапецеидальные прорези. Колпачки крепят на полотне тарелки шпильками 4. Для равномерного распределения жидкости на тарелке сливную планку 5 также выполняют с прорезями.

Основной эксплуатационный недостаток желобчатых тарелок заключается в малой площади барботажа и в неполном использовании площади поперечного сечения колонны для создания зеркала барботажа.

Колпачки тарелки регулируют по высоте с учетом нагрузки колонны по жидкости, чтобы не допустить чрезмерных гидравлических сопротивлений.

В настоящее время в нефтеперерабатывающих колоннах используют и тарелки с S-образными элементами 4 (рисунок 2.17), установленными перпендикулярно направлению движения жидкости на тарелке. Тарелки из S-образных элементов являются разновидностью колпачковых тарелок и состоят из отдельных элементов, каждый из которых образует одновременно полость для паров и жидкости.

Для того чтобы закрыть каналы с торцов и увеличить жесткость тарелки, между S-образными элементами 4 устанавливают пластины 5.

1 – корпус колонны; 2 – сливная перегородка; 3 – паровой элемент; 4 – S-образный элемент; 5 – поперечные перегородки; 6 – разъемный S-образный элемент; 7 – жидкостный элемент; 8 – отверстие для слива жидкости; 9 – опорное кольцо; 10 – струбцина; 11 – заглушки; 12 – прорези в S-образных элементах

Рисунок 2.17 – Конструкция тарелки из S-образных элементов

Узел крепления S-образного элемента к корпусу аппарата показан на рисунке 2.18.

Рисунок 2.18 – Узел крепления S-образного элемента