Тарельчатые колонны виды тарелок

Тарельчатые колонны виды тарелок

§ 1.2 Тарельчатые колонны. Требования и типы конструкций тарелок

Тарельчатыми называют колонные аппараты, у которых внутренними устройствами в рабочей зоне являются тарелки.

Тарелки – это барботажное устройство, в котором при работе происходит массообменный процесс, т.е. переход компонента из одной фазы в другую в результате непосредственного контакта между рабочими средами.

В химической и нефтеперерабатывающей промышленности применяют тарельчатые колонны различных размеров: от небольших диаметром 300 ÷ 400 мм до крупнотоннажных высокопроизводительных установок с колоннами диаметром 5 ÷ 12 м. Высота колонны зависит от числа тарелок и расстояния между ними. Обычно расстояния между тарелками принимают 250 ÷ 300 мм. По соображениям конструктивного порядка и возможности ремонта и очистки тарелок в колоннах большого диаметра расстояние между ними увеличивают до 500 ÷ 600 мм.

Общий вид тарельчатой ректификационной колонны представлен на рисунке. Она состоит из корпуса 3, переливных патрубков 1 , коль­цевой опоры 4, опорных колец 6, тарелок 2 и выносного кипятильника 5 и имеет ряд штуцеров для подачи продуктов и установки приборов.

Из-за разнообразия массообменных процессов применяют тарелки различных типов: колпачковые, ситчатые, клапанные, струйно-направленные, с S-образными элементами.

К тарелкам предъявляют следующие основные требования:

— они должны иметь высокий К.П.Д., т.е. обеспечивать хороший контакт между жидкостью и паром;

— они должны обладать малым гидравлическим сопротивлением;

— они должны устойчиво работать при значительном колебании расходов пара и жидкости;

— они должны быть просты по конструкции;

— они должны быть удобны в эксплуатации;

— они должны быть нечувствительны к различным осадкам и отложениям.

Колпачковые тарелки сложны и металлоемки по сравнению с тарелками других типов.

Основной частью колпачковой тарелки (см. рисунок) является основа­ние 2 – стальной отбортованный диск толщиной 4 мм с отверстиями для установки паровых патрубков 3 и сегментной сливной трубы 1. Над паровыми патрубками установлены стандартные колпачки 4. Для создания необходимого уровня жидкости тарелка снабжена сливной перегородкой 10, к которой винтами прикреплена регулировочная планка 9. Перегородка 5 образует так называемый входной карман, в который погружается сливная труба выше расположенной тарелки. Нижняя тарелка установлена на кольце 15, приваренном к царге. Точность горизонтальной установки обеспечивается регулировочными винтами 14.

Для установки располагаемой выше тарелки служат стоики 1 , имеющие опорные плитки 8. Таким образом заполняют всю царгу.

Зазор между бортом основания тарелки и царгой уплотняют установкой сальниковой набивки 13 и зажатием ее прижимным кольцом 6 с помощью шпилек 11 и скоб 12.

Жидкость через сегментную сливную трубу заполняет тарелку на уровень, определяемый положением регулировочной планки 9 . Колпачки своими прорезями погружены в жидкость. Пар проходит снизу через паровые патрубки, щели колпачков и барботирует сквозь слой жидкости; при этом проис­ходит массообмен. Жидкость переливается на ниже расположенную тарелку, а пар идет вверх.

Колпачки (см. рисунок) для тарелок изготавливают двух исполнений (I – нерегулируемые по высоте и II – регулируемые по высоте).

Колпачки 1 прикреплены к паровым патрубкам 2 специаль­ными болтами 5 , шайбами 3 и гайками 4. По краю колпачок имеет прорези шириной 4 мм и высотой 15; 20 или 30 мм.

Колпачки располагают на тарелке по вершинам равносторонних треугольников или в шахматном порядке. Расстояние между краями колпачков 40 ÷ 60 мм.

Ситчатая тарелка – это лист с пробитыми в ней круглыми (рисунок а ), щелевидными (рисунок б ) или просеченными треугольными (рисунок в ) отверстиями размером 2 ÷ 15 мм. Пар, проходящий в отверстия, барботирует через слой жидкости, которая стекает через переливные патрубки. Скорость пара в отверстиях 10 ÷ 12 м/с.

Ситчатые тарелки просты в конструкции и эффективны. Их недостаток – необходимость точного регулирования заданного режима (особенно по расходу газа) и чувствительность к осадкам и отложениям, забивающим отверстия.

Ситчатые тарелки применяют в основном для колонн малого размера, т.к. при диаметрах более 2,5 м распределения жидкости на тарелке становится неравномерным.

Волнистая ситчатая тарелка

Клапанные тарелки. Основные элементы клапанной тарелки – подъемные клапаны (см. рисунок) круглой и прямоугольной формы, закрывающие отверстия в тарелке. Конструктивно клапан выполнен так, что подъем возможен только на определенную величину. При определенной скорости паров в отверстии клапаны уравновешиваются потоками пара и при дальнейшем увеличении нагрузки начинают подниматься таким образом, что скорость пара в сечении между клапаном и полотном тарелки остается примерно постоянной. Следствием этого является равномерное распределение пара по площади тарелки, уменьшение уноса жидкости и меньшее гидравлическое сопротивление.

Читайте также:  Коробка для пиццы как сделать тарелки

Клапаны изготавливают штамповкой из листового металла толщиной 2 ÷ 3 мм. Диаметр дисковых клапанов 50 ÷ 100 мм, полная высота подъема 8 ÷ 15 мм. В крайнем нижнем положении между клапаном и плоскостью тарелки имеется зазор 1 ÷ 1,5 мм.

Тарелки струйно-направленные. Применяют для колонных аппаратов диаметром 1000 … 3600 мм. На штампованных секциях просечены и отогнуты под углом 30 или 40° полукруглые “язычки” (радиусом 20; 25 или 30 мм). Расстояние между соседними рядами язычков 50 мм. При поступлении снизу пара (газа) создается его струйно-направленное движение через слой находящейся на тарелке жидкости и происходит интенсивный барботаж.

Тарелка с S-образными элементами (см. рисунок). Их основное преимущество – простота конструкции и большая жесткость штампо­ванных элементов. S-образные элементы представляют собой кол­пачки с односторонним выходом пара. Пар из них выходит в том же направлении, что и движущаяся по тарелке жидкость.

Источник

Инструменты пользователя

Инструменты сайта

Содержание

Типы ректификационных колонн

Ректификационная колонна (колонна фракционирования) — цилиндрический вертикальный аппарат, оснащенный внутренними тепло- и массообменными устройствами и вспомогательными узлами, предназначенный для разделения двухкомпонентных или многокомпонентных жидких смесей на фракции, каждая из которых содержит вещества с близкой температурой кипения. 1)

Ректификационные колонны подразделяются:

Простые ректификационные колонны обеспечивают разделение исходной смеси (сырья) на два продукта: ректификат (дистиллят), выводимый с верха колонны в парообразном состоянии, и остаток (нижний жидкий продукт ректификации)

Сложные ректификационные колонны разделяют сырье более чем на два продукта. Различают сложные колонны с отбором дополнительных фракций из колонны в виде боковых погонов и колонны, у которых дополнительные продукты отбирают из специальных отпарных колонн (стриппинги). 2)

1) для атмосферной и вакуумной перегонки нефти и мазута

2) для вторичной перегонки бензина

3) для стабилизации нефти, газоконденсатов, нестабильных бензинов

4) для фракционирования нефтезаводских, нефтей и природных газов

5) для отгонки растворителей в процессах очистки масел

6) для разделения продуктов трубчатой печи и каталитических процессов переработки нефтяного сырья и газов и т. д.

это колонны, в верхней части которых давление несколько выше атмосферного (0,1…0,2 МПа). Давление в нижней части колонны, как правило, зависит от сопротивления ее внутренних устройств и может значительно превышать атмосферное. Применяются такие колонны при перегонке стабилизированной или отбензиненной нефти на топливные фракции и мазут.

работают под вакуумом (или глубоким вакуумом). Иными словами, давление в них ниже атмосферного (создается разрежение), что позволяет снизить рабочую температуру процесса и избежать разложения продукта. Такие колонны предназначаются для фракционирования мазута на вакуумный (глубоковакуумный) газойль или узкие масляные фракции и гудрон.

применяются при стабилизации или отбензинивании нефти, стабилизации газовых бензинов, бензинов перегонки нефти и вторичных процессов и фракционировании нефтезаводских или попутных нефтяных газов. 3)

применяются на установках малой производительности при необходимости отбора большого числа фракций и высокой четкости разделения. Исходное сырьё заливают в куб на высоту, равную 2/3 его диаметра. Подогрев ведут глухим паром. В первый период работы ректификационной установки отбирают наиболее летучий компонент смеси, например бензольную головку, затем компоненты с более высокой температурой кипения (бензол, толуол и т. д.). Наиболее высококипящие компоненты смеси остаются в кубе, образуя кубовый остаток. По окончании процесса ректификации этот остаток охлаждают и откачивают. Куб вновь заполняют сырьём и ректификацию возобновляют. Периодичностью процесса обусловлены больший расход тепла, меньшая производительность труда и менее эффективное использование оборудования.

Схема установки для периодической ректификации: 1 — куб; 2 — ректификационная колонна; 3 — конденсатор-холодильник; 4 — аккумулятор; 5 — холодильник; 6 — насос. Линии: I — сырье; II — пары; III — пары верхнего продукта; IV — верхний продукт; V — орошение; VI — кубовый остаток; VII — вода; VIII — водяной пар.

Установки с колоннами непрерывного действия лишены недостатков колонн периодического действия. В таких колоннах нагретое сырьё вводится в ректификационную колонну, где разделяется на жидкую и паровую фазы. В результате ректификации сверху колонны отбирается изопентан как головной продукт и снизу колонны – н-пентан как остаток. 4)

Читайте также:  Потолочная люстра тарелка крепление
Схема установки для непрерывной ректификации двухкомпонентной смеси: 1 — подогреватель; 2 — ректификационная колонна; 3 — теплообменник; 4 — конденсатор-холодильник; 5 — кипятильник. Линии: I — сырье; II — изопентан; III — н-пентан.

1) с переточными устройствами (с одним, двумя или более) 5)

2) без переточных устройств (провального типа)

Эти колонны применяют, например, для выделения тяжёлой воды. Тарелки представляют собой конические щитки с углом наклона 40°. Неподвижные тарелки 4 по периферии прикреплены к корпусу колонны 1, подвижные 3 прикреплены в центре к валу 5 и вместе с ним вращаются. Вращающиеся тарелки чередуются с неподвижными. Через каждые 1,5 м по высоте вал охватывается шариковыми подшипниками 6, работающими без смазки. Для удобства монтажа колонна собрана из царг (частей / на фланцах). Флегма спускается сверху по неподвижной тарелке 4 и у центра переливается на нижележащую вращающуюся тарелку 3. Под влиянием центробежной силы флегма перемещается по вращающейся тарелке вверх до её периферии и в виде сплошной кольцевой пленки переливается на неподвижную тарелку. Пары движутся над флегмой противотоком. 6)

Схема роторной колонны с вращающимися тарелками: 1 — корпус; 2 — привод; 3 — вращающаяся тарелка; 4 — неподвижная тарелка; 5 — вал; 6 — подшипник; 7 — нагревательный змеевик

В насадочных колоннах контакт между газом (паром) и жидкостью осуществляется на поверхности специальных насадочных тел, а также в свободном пространстве между ними. 7)

Насадка – тело из инертных материалов, она создана для создания большей поверхности контакта меж стекающей по ней жидкостью и поднимающимся потоком паров и интенсивного их перемешивания. Насадка выполняется обычно из коррозионно-стойкого материала (керамика, фарфор, стекло).

Схема насадочной колонны: 1 — слой насадки; 2 — перераспределительная тарелка; 3 — распределитель жидкости; 4 — направляющий конус. Линии: I — сырье; II — выход паров; III — вход орошения; IV — выход жидкого продукта.

Насадку укладывают на тарелки, снабженные двумя отверстиями двух видов: малыми – для стока орошения (флегмы) и большими – для прохода паров. Слой насадки разбивают на несколько маленьких слоев высотой 1-1,5 м, разделяя их свободным пространством.

Чем мельче насадочные кольца, тем лучше контакт между парами и флегмой, но тем выше гидравлическое сопротивление движению паров в колонне. При некотором предельном значении нагрузки насадочной колонны, т. е. при высокой скорости паров или жидкости, может наблюдаться «захлёбывание» насадки, когда прекращается стекание жидкости и начинается её выброс из колонны. Основной недостаток насадочных колонн – образование «мёртвых» зон в насадке, через которые не проходят ни пары, ни флегма, что ухудшает контакт между массообменивающими фазами и понижает эффективность разделения. 8)

Конструкции насадок, применяемых в промышленных аппаратах нефтегазопереработки и нефтехимии, можно разделить на две группы — нерегулярные (насыпные) и регулярные насадки.

В качестве нерегулярных (насыпных) насадок используют твердые тела различной формы, загруженные в корпус в навал. В результате в колонне образуется сложная пространственная структура, обеспечивающая значительную поверхность контакта фаз.

Среди насадок, засыпаемых в навал, широкое распространение получили кольца Рашига, представляющие собой отрезки труб, высота которых равна наружному диаметру. Низкая стоимость и простота изготовления колец Рашига делают их одним из самых распространенных типов насадок. Наряду с гладкими цилиндрическими кольцами из металла, керамики или фарфора разработаны насадки с ребристой наружной и (или) внутренней поверхностями. Для интенсификации процесса массообмена разработаны конструкции цилиндрических насадок с перегородками. 9)

Насадка из колец Рашига (1 — отдельное кольцо; 2 — кольца навалом; 3 — регулярная насадка) 10)

Промышленное использование в настоящее время нашла еще одна кольцевая насадка — кольца Палля. При изготовлении таких колец на боковых стенках сделаны два ряда прямоугольных, смещенных относительно друг друга надрезов, лепестки которых отогнуты внутрь насадки. Конструкция колец Палля по сравнению с кольцами Рашига позволяет увеличить пропускную способность и снизить гидравлическое сопротивление.

Насадка, известная как седла Инталлокс, является сегодня наиболее распространенной керамической насадкой. Поверхность ее представляет собой часть тора. Седла Инталлокс обладают механической прочностью, обеспечивают однородность размещения насадки и хорошее самораспределение жидкости. 11)

Читайте также:  Как сделать свою антенну тарелку

В тарельчатых колоннах контакт между фазами происходит при прохождении пара (газа) сквозь слой жидкости, находящейся на контактном устройстве (тарелке). 12)

Тарелка ректификационной колонны представляет собой горизонтальную перегородку в колонне, на тарелке находится слой стекающей по колонне жидкости (орошение), сквозь которую барботируют поднимающиеся снизу пары. 13)

В книге Скобло А.И., Молоканов Ю.К., Владимиров А.И., Щелкунов В.А. «Процессы и аппараты нефтегазопереработки и нефтехимии» 14) колонные аппараты по типу внутренних контактных устройств подразделяются на тарельчатые, насадочные и пленочные (к пленочным авторы данного издания относят аппараты, в которых фазы контактируют на поверхности тонкой пленки жидкости, стекающей по вертикальной или наклонной поверхности).

Типы тарелок для тарельчатой ректификационной колонны

Тарелки бывают разнообразных конструкций и различаются по типу барботажных устройств.

Ситчатые тарелки

Ситчатые тарелки имеют отверстия 2 диаметром 3-12 мм, расстояние между которыми в 3,5-4 раза больше их диаметра. Слой жидкости 1 высотой 25-30 мм удерживается на тарелках восходящим потоком паров, которые проходят через отверстия 2 и барботируют через слой жидкости. Избыток флегмы перетекает вниз по сливным стаканам 3. Если сливные стаканы отсутствуют, то жидкость перетекает на нижележащую тарелку через те же отверстия, через которые проходят пары. Площадь сечения всех отверстий (степень перфорации) иногда достигает 40% от площади тарелки. 15)

Устройство ситчатой тарелки: 1 — уровень жидкости на тарелке; 2 — отверстия тарелки; 3 — сливной стакан; 4 — стенка колонны

Отверстия ситчатой тарелки отличаются по форме:


а) круглые; б) щелевидные; в) просеченные треугольные. 16)

Решетчатые тарелки провального типа

Решетчатые тарелки провального типа являются разновидностью ситчатых, в них нет сливных устройств. Секция тарелки представляет собой стальной лист 1 со щелями 2 прямоугольной или иной формы. Барботаж паровой фазы через жидкость осуществляется по всему сечению колонны. Пары и жидкость, как правило, в противотоке проходят через одни и те же щели в тарелках. На тарелках удерживается слой жидкости, высота которого определяется величиной подпора потока паров. Избыток жидкости проваливается через щели на нижележащую тарелку. С увеличением расхода паров на тарелке растёт перепад давления и удерживается слой жидкости большей высоты. Прорези работают периодически: места стока жидкости и прохода пара произвольно перемещаются по полотну тарелки. 17)

Ситчатые тарелки с S-образной перегородкой

Ситчатая тарелка с S-образной перегородкой – перфорированный лист, к которому припаяна S-образная перегородка 3, делящая тарелку на две части. Стекающая с верхней тарелки жидкость через прорези в сливном стакане 2 и далее через переливную перегородку 5 поступает на тарелку и движется в направлении, указанном стрелками, контактируя с паром, поднимающимся через отверстия в листе 1. Подойдя к перегородке 3 с другой стороны, жидкость стекает на следующую тарелку через сливную перегородку 4 и сливной стакан. 18)

Колпачковые тарелки

Устройство колпачковой тарелки: 1 — пластина; 2 — сливной стакан; 3 — колпачок; 4 — паровой патрубок; 5 — прорези колпачка; 6 — кольцевое пространство; 7 — подпорная перегородка; 8 — стенка колонны

Колпачковая тарелка представляет собой перфорированную пластину 1 с патрубками 4 и прикрывающими их колпачками 3 со щелями 5 (прорезями). По патрубкам, кольцевому пространству 6 и через щели пары вводятся под слой жидкости на тарелке. Постоянство уровня жидкости обеспечивается подпорными перегородками 7. Избыток флегмы по сливным стаканам 2 перетекает на нижележащую тарелку. 19)

Тарелки с S-образными элементами


Тарелка из S-образных элементов: 1—S-образный элемент; 2—плоский сегмент; 3—карман; 4—сливная перегородка; 5—опорная полоса; б—струб­цина-скоба; 7—первый элемент; 8—колпачок. 20)

S-образные колпачки штампуют из листовой стали с прорезями по одной из продольных кромок. При сборке образуется ряд продольно расположенных и чередующихся желобов и колпачков. На тарелке поддерживается определенный слой флегмы, а ее избыток перетекает вниз через сливные стаканы. Прорези колпачков погружены в слой жидкости на тарелках, образуя гидравлический затвор. Пары, двигаясь снизу вверх, распределяются прорезями на струйки, барботирующие через слой жидкости на тарелке. 21)

Клапанные (дисковые) тарелки

Основным элементом тарелок с пластинчатыми клапанами является L-образный клапан 1 – пластина, закрывающая щель прямоугольной формы. В нерабочем состоянии под действием собственного веса клапан закрывает отверстие. Вращаясь в месте перегиба пластины, клапан приподнимается проходящими парами. При 70% проектной нагрузки клапан полностью открывается. Полное открытие клапана фиксируется ограничителем в форме скобы. 22)


Клапанные колпачки – прямоугольный (а) и круглый (б): 1 – клапан; 2 – удерживающая скоба.

Источник

Поделиться с друзьями