10.3 Тарелки провального типа

К провальным относятся тарелки решетчатые, колосниковые, трубчатые, ситчатые (плоские или волнистые без сливных устройств). Площадь живого сечения тарелок изменяется в пределах 15 - 30 %. Жидкость и пар проходят попеременно через каждое отверстие в зависимости от соотношения их напоров. Тарелки имеют малое сопротивление, высокий к.п.д., работают при значительных нагрузках и отличаются простотой конструкции.

Прямоточные тарелки обеспечивают длительное контактирование пленки жидкости с паром, движущимися со скоростью 14 - 45 м/с. Площадь живого сечения тарелки достигает 30 %.

Ситчатые тарелки представляют собой лист с пробитыми в нем круглыми или щелевидными отверстиями диаметром (шириной) 3 - 10 мм (рисунок 130). Пар, проходящий в отверстия, барботирует через слой жидкости, которая стекает через переливные патрубки. Скорость пара в отверстиях принимают 10 - 12 м/с. Разновидностью ситчатых тарелок являются провальные решетчатые, в которых отсутствуют переливные патрубки и жидкость стекает в отверстия в решетке навстречу пару. Отверстия в провальных тарелках несколько крупнее, чем в ситчатых.

Весьма интересной является волнистая решетчатая тарелка. Волны придают тарелке повышенную жесткость, что дает возможность применять ее при большом диаметре колонны без опорных балок.

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

Рисунок 130 - Форма отверстий в ситчатых тарелках.

Ситчатые и решетчатые тарелки просты по конструкции и эффективны. Недостатком их является необходимость точного регулирования заданного режима (особенно по расходу газа) и чувствительность к осадкам и отложениям, забивающим отверстия.

Для увеличения производительности и эффективности тарелок провального типа необходимо в первую очередь обеспечить равномерное распределение потоков по сечению колонны. Для этого предлагается предусмотреть гофрированную поверхность тарелок, наподобие ситчатых волнистых тарелок (рисунок 131б) или тарелок из просечного листа с кромками отверстий или щелей, отогнутыми в одну или в разные стороны (рисунок 131а). Поверхность тарелок может быть и ступенчатой (рисунок 131в). Экспериментальное определение основных характеристик указанных конструкций показало, что производительность их примерно в 2 раза выше производительности обычных решетчатых тарелок при несколько лучшей или одинаковой эффективности разделения; такие тарелки создают небольшое гидравлическое сопротивление и на них удерживается небольшой слой вспененной жидкости.

Равномерное распределение потоков на противоточном контактном устройстве типа ситчатой тарелки предлагается осуществлять секционированием ее на отдельные ячейки с применением в каждой ячейке своего переливного устройства, не доходящего до нижележащей тарелки (рисунок 131г). Контакт пара и жидкости на подобных устройствах осуществляется одновременно в барботажном слое у основания тарелки и в стекающих струях. Гидравлический затвор обеспечивается столбом жидкости, вытекающей через щели внизу переливного устройства.

Аналогичные конструкции (рисунок 131д) применяются также за рубежом, главным образом в колоннах для разделения углеводородных газов, где производительность лимитируется жидкостными нагрузками. Экспериментальные исследования и опыт эксплуатации подобных конструкций показали их высокую эффективность, а сравнительные расчеты – предпочтительность их применения по сравнению с обычными конструкциями переливных тарелок в условиях разделения при повышенных жидкостных нагрузках.

а) с отогнутыми кромками щелей; б) с гофрированной поверхностью; в) со ступенчатым расположением листов; г) с двумя зонами контакта; д) с большим количеством переливов.

Рисунок 131 - Усовершенствованые конструкции тарелок провального типа.

Для равномерного распределения потоков по сечению решетчатых тарелок и, следовательно, для увеличения их эффективности делают щели разной ширины а располагают их неравномерно по сечению колонны. На тарелках со щелями разной ширины при малых нагрузках по газу будут работать главным образом узкие щели; по мере увеличения нагрузки в работу будут включаться остальные щели. Очевидно, вопросы конструирования провальных тарелок большого диаметра с точки зрения равномерного распределения потоков по сечению колонны должны решаться в результате испытания контактного устройства натуральной величины на специальных стендах на системе вода воздух.

Значительное улучшение эксплуатационных характеристик решетчатых и ситчатых тарелок провального типа достигается путем установки на большинстве (70 - 80 %) щелей или отверстий клапанов прямоугольной или круглой формы. Излучение разделительной способности колонн с провальными тарелками обычной конструкции, имеющими клапаны, показало, что производительность, эффективность и диапазон их устойчивой работы увеличиваются от 20 до 50 % при небольшом увеличении гидравлического сопротивления (от 20 до 40 мм вод. ст.).

Решетчатые тарелки провального типа целесообразно устанавливать в колонне вместе с перераспределителями жидкости, из расчета один перераспределитель через каждые 8 - 10 тарелок, при этом чем больше диаметр колонны, тем меньше число тарелок должно быть между перераспределителями.

Высокую производительность и низков гидравлическое сопротивление имеют также тарелки, образованные из вертикально установленных металлических полос небольшой высоты. Подобные конструкции успешно применяются в вакуумных колоннах, а также при очистке и промывке газов.

Наиболее эффективные, надежные и в то же время простые конструкции контактных устройств будут созданы путем комбинирования рассмотренных выше способов улучшения конструкций решетчатых и ситчатых тарелок провального типа и тарелок с переливами.