Тарелки с круглыми колпачками

Тарелка с круглыми (капсульными) колпачками (рисунок 3.14,б) состоит из основания в виде диска, перекрывающего большую часть сечения колонны 1. В диске имеются круглые отверстия с установленными в них патрубками, над которыми крепятся колпачки 4. В нижней части колпачков делаются прорези. Тарелка имеет переливные устройства 2, сливную регулируемую планку 5 и иногда – затворную перегородку 3 [8]. На рисунке 3.15 показана форма капсульных колпачков.

Крепление колпачков на тарелке выполняется индивидуальным или групповым способами. При индивидуальном способе в конструкции, показанной на рисунке 3.16,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 6. Положение колпачка по высоте регулируют его вращением, причем одновременно вращается и нижняя гайка 5.

Применяют также варианты крепления колпачка, не позволяющие регулировать его по высоте. При этом колпачок может упираться нижними кромками прорезей в полотно тарелки (рисунок 3.16,б). По другому варианту (рисунок 3.16,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.

а – без прорезей; б – с прямоугольными прорезями; в –трапециевидными прорезями; г – с треугольными прорезями

Рисунок 3.15 – Формы капсульных колпачков

На рисунке 3.16,г показана распространенная конструкция штампованного колпачка. Он состоит из патрубка 2, который развальцован в отверстии тарелки 5, и планки 3, приваренной к верхней части патрубка. К планке с помощью болта 4 крепится колпачок 1, закрепляемый на требуемой высоте контргайкой.

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.

а – на шпильке; б – с опиранием на полотно; в – на ребрах; г – на планке

Рисунок 3.16 – Способы индивидуального крепления колпачка

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

Диаметр колпачков выбирается таким, чтобы потеря эффективной площади тарелки не превышала 20%: для колонн диаметром до 1,4 м – колпачки диаметром 80 мм, от 1,4 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 краями соседних колпачков должно быть не менее 40 мм и не более 60…80 мм. При больших расстояниях между колпачками увеличивается поверхность жидкости, не участвующей в барботаже. При меньших расстояниях начинают соприкасаться паровые (газовые) струи на смежных колпачках и затрудняется нормальное течение жидкости (увеличивается градиент 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.

Для снижения потерь напора отношение площади кольцевого пространства между колпачком и паровым патрубком к площади парового патрубка выбирают в пределах 1,1…1, 4. При этом диаметр патрубка примерно в 1,5 раза меньше диаметра колпачка.

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. 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].

Живое сечение колпачковой тарелки, т.е. суммарная площадь всех паровых патрубков, от площади сечения колонны состовляет для ректификационных колонн – 8…16%, для абсорбционных – 6…12%; зеркало барботажа – 25…50%. Колпачки создают большое сопротивление движению жидкости, что увеличивает градиент уровня жидкости на тарелке и дополнительную неравномерность барботажа. Поэтому установка колпачковых тарелок не рекомендуется при высоких жидкостных нагрузках – 100…120 м³/(м∙ч) для односливных и 150…300 м³/(м∙ч) для двухсливных – из-за высокого градиента уровня жидкости, а также в колоннах, где происходят полимеризация, коксование и термическое разложение, для уменьшения которых нужно сократить длительность пребывания и объем жидкости на тарелке.

Тарелки с капсульными колпачками выполняют со сплошным полотном (тип ТСК, рисунок 3.17), разборными (ТСК – Р, рисунок 3.18) и разборными двухпоточными с центральным сливом (ТСК – РЦ, рисунок 3.19) и боковым сливом (ТСК – РБ).

Рисунок 3.17 – Тарелка типа ТСК-1

Рисунок 3.18 – Тарелка типа ТСК-Р

Рисунок 3.19 – Тарелка типа ТСК-РЦ

3.2.6.2 Тарелки с S – образными элементами

Конструкция тарелки состоит из элементов, расположенных так, что вертикальная часть одного элемента заходит за вертикальную часть другого элемента, образуя параллельные каналы (рисунок 3.20). Каждый S–образный элемент имеет паровую секцию 1, на вертикальной стороне которой нанесены трапециевидные прорези (см. рисунок 3.20), и жидкостную секцию 2. Слой жидкости движется сплошным потоком по тарелке в направлении к сливу, проходя над S–образными элементами и переливаясь через них. Пары проходят через прорези S–образных элементов, барботируют сквозь жидкость и способствуют ее движению по тарелке. Паровая секция 1 S–образного элемента с торцов закрыта заглушками 3 для исключения выхода пара через торцы. Для повышения устойчивости формы по длине элемента приваривают ребра жесткости (поперечные перегородки 4).

1-паровая секция; 2-жидкостная секция; 3-заглушка; 4-перегородка

Рисунок 3.20 – S–образный элемент

Жидкостные секции образуют основание тарелки, а паровые секции служат «колпачками», т.е. эти секции являются одновременно конструктивными элементами, выполняющими определенную функцию.

Общий вид тарелки с S–образными элементами изображен на рисунке 3.21. За рубежом такая тарелка называется тарелкой типа «Юнифлакс». S–образные элементы крепят болтами к кольцу, приваренному к корпусу колонны, а у тарелок больших диаметров – к опорным балкам. S–образные элементы расположены от одной до другой стенки аппарата, что уменьшает неиспользуемую поверхность тарелки по сравнению с колпачковыми тарелками (у последних возле стенки аппарата остается неиспользованная площадь, на которой невозможно установить колпачок). Простота конструкции тарелки позволяет быстро собрать и разобрать ее.

Тарелки с S–образными элементами применяют в колоннах атмосферных, отпарных, работающих под давлением, абсорбционных установок, на установках крекинга и ГФУ. Их не рекомендуется использовать в вакуумных колоннах. Эти тарелки удовлетворительно работают при значительном изменении массы потоков по высоте колонны, выдерживают большие нагрузки по жидкости, так как пары выходят из прорезей S–образного элемента в направлении движения жидкости и проталкивают ее в направлении слива.

Живое сечение тарелок из S–образных элементов (по нормали ГОСТ 26-536 – 78) составляет 9…11%, зеркало барботажа 30…60%. Однопоточные тарелки рекомендованы для колонн диаметром 1…4 м; для колонн более 4 м применяют двух- и четырехпоточные тарелки.

Профиль сечения S–образного элемента имеет повышенную жесткость, что позволяет выполнить S–образные элементы с небольшой толщиной стенки.

Рисунок 3.21 – Тарелка с S–образными элементами

При диаметре до 4 м тарелки с S–образными элементами 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].

Разработаны конструкции тарелок с S-образными элементами, снабженные либо отбойниками, либо прямоточными клапанами.

Установка наклонных отбойников над S–образными элементами позволяет увеличить производительность, диапазон рабочих нагрузок и эффективность при больших скоростях пара (рисунок 3.22,а) [2].

Применение более мелких элементов S–образного профиля дает возможность расширить диапазон рабочих нагрузок примерно на 10% и на столько же увеличить максимальную эффективность по сравнению с тарелкой из стандартных S–образных элементов. Диапазон рабочих нагрузок тарелок с отбойниками равен примерно 3, а по производительности и эффективности они идентичны струйным тарелкам с вертикальными перегородками, для которых α=40˚ и h_ω=50 мм.

. Для расширения рабочего предела нагрузок и повышения производительности стандартных S–образных тарелок они были снабжены прямоугольными прямоточного типа клапанами (TSK), размещенными на верхней площадке S–образного элемента (рисунок 3.22,б). Их производительность и эффективность примерно на 10% выше, чем у клапанной прямоточной тарелки [2].

1 – корпус колонны; 2 – переливное устройство; 3 – гидравлический затвор; 4 - S–образный элемент; 5 – отбойник; 6 – лопатка отбойника;

7 – клапан прямоточный.

Рисунок 3.22 – Тарелка из S–образных элементов с отбойниками (а) и с прямоточными клапанами (б)