Тарелки ректификационных колонн

В отличие от непрерывного характера взаимодействия пара с жидко­стью в насадочной колонне в барботажной ректификационной колонне пар и жидкость последовательно взаимодействуют между собой на специаль­ных тарелках (ступенях). Поэтому процесс ректификации в барботажных колоннах носит ступенчатый характер.

Помимо колпачковых тарелок, устройство и работа которых были рассмотрены при изучении работы барботажных абсорберов, в ректифика­ционных колоннах применяются также решетчатые, ситчатые, клапанные и струйные тарелки, тарелки с 5-образными элементами и другие. Выбор типа тарелки зависит от многих факторов, к которым, в первую очередь, относятся: эффективность разделения компонентов, экономичность про­цесса, длительность эксплуатации, возможность быстрой эвакуации про­дуктов из колонны и ряд других факторов. Рассмотрим особенности уст­ройства и работы некоторых типов тарелок, используемых в нефтеперера­батывающей, нефтехимической, химической, пищевой и других отраслях промышленности при проведении процессов перегонки и ректификации.

В колоннах с ситчатыми тарелками (рис. 6.37) жидкость, поступившая на верхнюю тарелку, после контакта с паром сливается на нижнюю тарелку через переливное устройство 3. Пар движется навстречу жидкости из нижней части колонны вверх и проходит последовательно че­рез отверстия каждой тарелки. При нормальной работе жидкость не пере­текает через отверстия в тарелках, т.к. поддерживается снизу давлением пара. При прохождении через жидкость пар образует на тарелке слой пе­ны. Колонны с ситчатыми тарелками отличаются простотой устройства, высокой эффективностью и быстротой опорожнения от жидкости в случае возникновения аварийной ситуации. В то же время эти колонны имеют недостатки: требуют строгой горизонтальности тарелок, а отверстия в тарел­ках легко забиваются отложениями.

Решетчатые (провальные) тарелки (рис. 6.38) в отличие от ситчатых тарелок не имеют переливных патрубков, вследствие чего и пар и жидкость проходят через одни и те же отверстия (отверстия в решетча­тых и ситчатых тарелках делают круглыми диаметром 2-5 мм или щелевидными шириной 3-4 мм и длиной 200-300 мм и более). Решетчатые та­релки имеют те же достоинства и недостатки, что и ситчатые, и к тому же работают лишь в ограниченном диапазоне нагрузок по пару во избежание возникновения режима «захлебывания» колонны, при котором движущий­ся снизу вверх по колонне пар препятствует перетеканию жидкости вниз с тарелки на тарелку.

Клапанные та­релки (рис. 6.39) харак­теризуются высокой ста­бильностью работы в ши­роком диапазоне нагрузок по пару. Жидкость перели­вается с тарелки на тарелку по переливным трубам 4, а пар проходит через отвер­стия в тарелках, в которых находятся клапаны 3. При снижении паровой нагруз­ки некоторые клапаны опускаются, перекрывая отверстия, что позволяет обеспечить заданный режим барботажа пара через слой жидкости в открытых отверстиях. При прохождении пара через отверстия клапаны перемещаются и вибрируют, что способствует самоочищению тарелок от образующихся отложений кокса, термополимеров, накипи и других веществ.

Струйные тарелки, показанные на рис. 6.40, изготовляют в виде наклонных параллельных лопаток 7, проходя между которыми пар меняет направление в сторону движения жидкости на тарелке. Это позво­ляет увеличить кинетическую энергию жидкости для ускорения ее пере­мещения к сливным устройствам 2 и снизить гидравлическое сопротивле­ние. Допустимая скорость движения пара на этих тарелках почти в 2 раза больше, чем на колпачковых.

Независимо от типа тарелок к их изготовлению и монтажу предъ­являются жесткие требования. Отклонение тарелки от горизонтальности не должно превышать 0,1 % при диаметре ко­лонны до 2 м и 0,8 % - при диаметре колонны более 6 м, прогиб тарелки не должен превышать 3-5 мм на диаметр, а откло­нение высоты отдельных элементов друг относи­тельно друга (патрубков, S - образных элементов и других) - не более 1 мм.