Клапанные тарелки
- Теория по ПАХТ
- Аппараты
- Контактные тарелки
- Классификация контактных тарелок
- Колпачковые тарелки
- Тарелки с S-образными элементами
- Клапанные тарелки
- Ситчатые и решетчатые тарелки
- Секционированные массообменные устройства
Клапанные тарелки также широко применяют в нефтехимической промышленности. Основные преимущества этих тарелок — способность обеспечить эффективный массообмен в большом интервале рабочих нагрузок, несложность конструкции, низкая металлоемкость и невысокая стоимость.
Клапанные тарелки изготовляют с дисковыми и прямоугольными клапанами; работают тарелки в режиме прямоточного или перекрестного движения фаз. В отечественной промышленности наиболее распространены клапанные прямоточные тарелки с дисковыми клапанами. На клапанной прямоточной тарелке (рис. 2.9) в шахматном порядке расположены отверстия, в которых установлены саморегулирующиеся дисковые клапаны диаметром 50 мм, способные подниматься при движении пара (газа) на высоту до 6—8 мм.
Рис. 2.9. Клапанно-прямоточная тарелка
Дисковый клапан снабжен тремя направляющими, расположенными в плане под углом 45°; две из этих направляющих имеют большую длину. Кроме того, на диске клапана штамповкой выполнены специальные упоры, обеспечивающие начальный зазор между диском и тарелкой; это исключает возможность «прилипания» клапана к тарелке (рис. 2.9, а, положение I). При небольшой производительности по пару поднимается легкая часть клапана (рис. 2.9, положение II) и пар выходит через щель между клапаном и полотном тарелки в направлении, противоположном направлению движения жидкости по тарелке. С увеличением скорости пара клапан поднимается и зависает над тарелкой (рис. 2.9, положение III); теперь пар барботирует в жидкость через кольцевую щель под клапаном. При дальнейшем увеличении производительности по пару клапан занимает положение, при котором пар выходит в направлении движения жидкости, уменьшая разность уровней жидкости на тарелке (рис. 2.9, положение IV). При этом короткая направляющая фиксируется в специальном вырезе на кромке отверстия, обеспечивая заданное положение клапана при его подъеме.
Эффективность клапанных прямоточных тарелок (КПД) 0.70— 0,85, F < 2,5 (м/с) (кг/м3)-0.5, диапазон устойчивой работы 3,5. В области саморегулируемой работы тарелки обладают относительно небольшим гидразлическим сопротивлением.
Для увеличения производительности и диапазона устойчивой работы клапанные тарелки выполняют балластными (рис. 2.10). Над отверстием тарелки 1 на специальных ножках установлены ограничители подъема 4, а внутри их — на ножках 7 легкий клапан 5 и балласт 2. Для исключения прилипания клапана к балласту имеются упоры 3 и 6. При малой производительности по газу тарелка работает как обычная с дисковыми клапанами меньшей массы; при увеличении нагрузки клапан 5 упирается в балласт и работает совместно с ним как один утяжеленный клапан.
Рис. 2.10. Клапанная балластная тарелка
Балластные клапанные тарелки можно выполнять как с индивидуальным, так и с групповым балластом. Примером последнего варианта могут служить балластные тарелки ректификационных колонн (рис. 2.11). Такая тарелка 1 имеет расположенные в несколько рядов прямоугольные вырезы, закрытые клапанами 2 прямоугольной формы. Большие размеры клапанов (154 x45 мм) позволяют уменьшить их число по сравнению с дисковыми клапанами в 2-4 раза. Над клапанами расположен общий подвижный балласт 3, выполненный из прутка диаметром 8 мм. При работе, таких тарелок вначале поднимается пластина клапана, затем она упирается в балласт и поднимается вместе с ним до упора в головку винта 4.
Рис. 2.11. Тарелка с групповым балластом
Клапанная тарелка со штампованными клапанами цилиндрической формы показана на рис. 2.12, а. Клапан I, лежащий на полотне тарелки 2, представляет собой часть цилиндра с ограничителями подъема 3. Клапан расположен в гнезде, имеющем отогнутую полку 4. Масса клапана, его конфигурация и положение центра тяжести подобраны так, что при достижении определенной скорости пара клапан перекатывается по поверхности отогнутой полки. При этом между плоскостью тарелки и клапаном образуется щель, через которую в направлении слива жидкости выходит пар. При значительной производительности по пару клапан поднимается и зависает над тарелкой.
Рис. 2.12. Тарелки клапанные
В жалюзийно-клапанной тарелке (рис. 2.12, б) щель для входа газа на тарелку 1 образуется при повороте плоских клапанов-жалюзей 3 вокруг их оси, укрепленной в рамке 2.
- Классификация контактных тарелок
- Колпачковые тарелки
- Тарелки с S-образными элементами
- Клапанные тарелки
- Ситчатые и решетчатые тарелки
- Секционированные массообменные устройства
Тарелки клапанные
Клапанные тарелки являются устройством с переменным проходным сечением для газа (пара), которое меняется с изменением нагрузки колонны по газу.
Клапаны представляют собой крышки разнообразной конструкции, прикрывающие отверстия на тарелке под действием собственного веса. При увеличении нагрузки колонны по газу клапан поднимается и свободное сечение для прохода газа возрастает.
Клапанные тарелки изготавливают с дисковыми и прямоугольными клапанами.
Диаметр дисковых клапанов обычно составляет 40…50 мм; диаметр отверстия под клапаном в полотне тарелки 30…40 мм, высота подъема клапана 6…8 мм. При этом площадь проходного сечения щели между полотном тарелки и пластиной клапана при его полном подъеме немного меньше площади отверстия под клапаном. В нижнем положении клапан опирается на выступы, которые получают обычно просечкой и отгибанием краев пластины клапана так, чтобы между пластиной и полотном тарелки оставался зазор 0,5…1,5 мм. Это позволяет исключить влияние сил поверхностного натяжения на работу клапана.
а – типа «Глитч»; б – типа «Флекситрей»
Рисунок 3.23 – Конструкции клапанов
Для ориентирования при движении клапан снабжен направляющими. Применяют клапаны (рисунок 3.23) с нижними направляющими (клапаны типа «Глитч») и направляющими, установленными на полотне тарелки (клапаны типа «Флекситрей»). Клапаны располагают рядами в шахматном порядке к направлению потока жидкости.
В колоннах применяют балластные клапанные тарелки, которые благодаря более равномерной работе имеют улучшенные показатели. Клапаны таких тарелок могут иметь индивидуальный и групповой балласт. При работе таких устройств вначале поднимается пластина 1 клапана (рисунок 3.24), затем она упирается в балласт 2 и поднимается вместе с балластом.
Клапанные тарелки благодаря регулируемому сечению обеспечивают высокую эффективность в сравнительно широком диапазоне нагрузок. Они менее склонны к загрязнениям, но коксоотложения могут нарушать их работу [12].
1-пластина; 2-балласт
Рисунок 3.24 – Балластный клапанная
В отечественной практике широко применяют прямоточные тарелки с дисковыми клапанами [4,10,12]. Клапан такой конструкции (рисунок 3.25) имеет три направляющие, расположенные в плане под углом 120о , две из которых имеют большие вес и длину. При работе с возрастающей скоростью паров сначала поднимается легкая часть клапана, обращенная против потока жидкости, а затем клапан принимает положение, при котором пары выходят в направлении движения жидкости. Короткая ножка клапана расположена в вырезе на кромке отверстия полотна тарелки, что обеспечивает заданное положение клапана в плане при его подъеме.
а – малая нагрузка; б – средняя; в – большая
Рисунок 3.25 — Схема работы клапана прямоточной тарелки стандартной конструкции при нагрузках по парам
На рисунке 3.26 показана конструкция прямоточной клапанной тарелки с L — образным клапаном.
1-отверстие на тарелке; 2-клапан;3-скоба
Рисунок 3.26 — Конструкция тарелки с L- образными клапанами
Тарелка имеет прорези прямоугольной формы, которые перекрываются L -образными пластинчатыми клапанами, удерживаемыми скобами. В нерабочих условиях клапан под действием собственного веса закрывает прорезь (рисунок 3.26, а), в рабочих условиях поток пара заставляет приподняться более легкую часть клапана (рисунок 3.26, б), пар проходит в образовавшуюся щель и контактирует с жидкостью на тарелке, инжектируя ее в направлении движения к сливному стакану или сегменту. При дальнейшем возрастании нагрузки по газу клапан полностью поднимается.
Степень открытия клапанов (k) от скорости пара находится в следующей зависимости :
Скорость пара (от максимальной), % Степень открытия клапана k, %
10 О
25 40
50 80
100 100
Клапаны прямоточной тарелки с групповым балластом показаны на рисунке 3.27.
1 – полотно; 2 – клапан; 3 – балласт
Рисунок 3.27 Клапаны прямоточной тарелки с групповым балластом
Стандартом предусмотрены тарелки однопоточные (рисунок 3.28) диаметром 1000…4000 мм, двухпоточные (рисунок 3.29) диаметром 1400…9000 мм и четырехпоточные – 3200…5500 мм. Тарелки выполняют разборными. Тарелку любого из этих диаметров можно изготовить в трех вариантах с шагом между рядами клапанов 50, 75 и 100 мм, что предопределяет различное число клапанов и соответственно разную площадь свободного сечения тарелки. Кроме того, для каждого из этих вариантов предусмотрены две модификации тарелок, отличающиеся площадями слива. При больших диаметрах (7000….9000 мм) две смежные по высоте тарелки опираются на общую центральную балку и каждая тарелка имеет боковые балки.
Клапанные прямоточные тарелки типа ТКП применяют в нефтеперерабатывающей и нефтехимической промышленности при атмосферном или повышенном давлении, изменяющихся нагрузках по пару (газу) и жидкости, а также при повышенных требованиях к качеству и четкости разделения смеси.
Конструктивные особенности клапанных тарелок позволяют сохранять высокую интенсивность массопередачи почти во всем допустимом интервале изменения нагрузок колонны при приблизительном постоянстве сопротивления тарелок.
Рисунок 3.28 Рисунок 3.29
Клапанная тарелка типа ТКП Двухпоточная тарелка типа ТКП
Виды тарелок
В колонных аппаратах НПЗ в настоящее время используются десятки конструкций контактных устройств, отличающихся по своим характеристикам и технико-экономическим показателям. Наряду с тарелками первого поколения (колпачковые, желобчатые), которые до сих пор эксплуатируются на старых производствах, широкое распространение на установках АВТ получили S-образные, клапанные (пластинчатые, дисковые) и другие типы КУ.
Тарелки клапанные, колпачковые, ситчатые
Колпачковые
Ситчатые
Решетчатые
С S-образными элементами
Клапанные (дисковые)
Виды тарелок в ректификационной колонне
Какие типы тарелок ректификационныхколонн эффективнее? Какими проще пользоваться в домашних условиях?Отвечаем на эти вопросы ниже.
Виды тарелок в ректификационной колонне
Итак, на тарелках пары проходят через слой жидкости, образуя пену.Конструкция тарелок влияет на следующие показатели:
- интенсивность гидравлического сопротивления;
- скорость и эффективность фракционирования;
- производительность;
- рабочий диапазон мощности, в котором жидкость не уносит вниз, а капли — наверх.
Тарелки классифицируют на:
- перекрестноточные и противоточные;
- одно-, двух-, трех-, четырехпоточные;
- с кольцевым или однонаправленным движением жидкости на соседних тарелках.
А теперь чуть подробнее про классификацию по типу отверстий и токужидкости.
Ситчатые (дырчатые), перекрестноточные
Снабжаются мелкими круглыми, треугольными или щелеобразными отверстиями. Здесь работают перекрестные токи жидкости и пара. Есть на тарелках и сегменты без отверстий, которые расположены возле перегородок или сливных труб, погруженных в жидкость. Они разделяют потоки жидкости и пара, чтобы тарелки не захлебывались.
Работая с ситчатыми тарелками нужно точно управлять перегонкой.
Наименьшее гидравлическое сопротивление и эффективность массообмена у конструкции из листа с просечками и отбойными перегородками.
Расстояние между тарелками устанавливают с таким расчетом, чтобыминимизировать брызгоунос и оставить доступ для ремонта или очистки.
Струйные, перекрестно-прямоточные
Это фактически, лист с выдавленными отверстиями разной формы, обрамленные прямоугольными скругленными или треугольными лепестками.
Струйные тарелки хорошо справляются с высокой нагрузкой по пару
Противоточные
Могут быть: а) провальными решетчатыми; б) провальными волнообразными дырчатыми.
Самый простой вариант —тарелка со щелями, через которые проходит наверх пар и стекает вниз избытокжидкости. Решетчатая конструкция захлебывается или не может удержать на себедержит жидкость, если жидкости или пара поступает на ⅕-⅓ больше нормы.
Дырчатая тарелка сволнообразной (синусоидальной) поверхностью пропускает обе фазы через круглыеотверстия, при этом слой жидкости закрывает неровности.
Провальные тарелки производительны, но работают в очень узком диапазоне мощности нагрева.
Тарелки с колпачками, туннельными, желобчатыми или капсульными
Один из наиболее популярных и универсальных типов — круглые или капсульные колпачки.
У каждого колпачка есть прорези или трубки внизу для поступления пара, который смешивается с жидкостью струйно. Струи от соседних колпачков образуют завихрения, повышая эффективность массообмена и КПД тарелки до 0,6-0,8. Диапазон мощности нагрева у колпачковых колонн шире.
Преимуществом колпачковых тарелок считают возможность остановить процесс перегонки и без проблем запустить его вновь. Фракционированная флегма при выключении нагрева остается на тарелках, а не сливается обратно.
Желобчатые представляют собой желоба, без колпачков, как таковых. По нимдвигается жидкость. Туннельные колпачки имеют прямоугольную форму.
Вихревые
Характеризуются завихрением потока пара и жидкости, слабым брызгоуносом и представляют собой лист с отверстиями, лепестками, отбойными элементами, размещенными внутри окружностей.
Вихревые тарелки эффективно разделяют, обладают малым гидравлическим сопротивлением и поэтому используются при вакуумной перегонке.
Колпачки и полотно тарелок с S-образными элементами
Образуют повторяющиеся кластеры. При этом пар входит только с одной стороны потоком тонких струй. Такие тарелки достаточно эффективны, их КПД составляет 0,4-0,7.
Клапанные напоминают дырчатые
Позволяют регулировать подачу пара при помощи поднимающихся под его напором клапанов разной конструкции.
