476 (2)

Колонные аппараты обычно также снабжаются штырями для контроля их вертикального расположения или специальными камерами для уровнемеров.

Рассмотрим несколько подробнее контактные устройства тарельчатых колонн.

Тарелки колонных аппаратов бывают двух типов: однопоточные и двухпоточные [13, 14]. Схемы однопоточной и двухпоточной тарелок и направления движения жидкой фазы на них показаны на рис. 3.

В колоннах с однопоточными тарелками (рис. 3,а) жидкая фаза, стекающая с верхней (предыдущей) тарелки, поступает в приемный карман 3. Затем она через переточную планку 5 попадает на рабочую поверхность тарелки 2, на которой размещены контактные устройства. В результате контакта жидкой фазы с паром или газом происходит межфазный массообмен. При этом жидкость на тарелке движется в поперечном направлении относительно потока паровой фазы. Через сливную планку 6

жидкость переливается в приемный карман последующей тарелки. Переливные и сливные планки позволяют устанавливать на тарелках определенную высоту слоя жидкой фазы, а также обеспечивают равномерное распределение жидкости на рабочей поверхности тарелок.

Двухпоточные тарелки изготавливают двух видов (рис. 3,б). Тарелки одного вида имеют два периферийных приемных кармана 3 и один центральный сливной канал

7. На таких тарелках жидкость движется с периферии к центру тарелки. Тарелки другого вида имеют центральный приемный карман 8 и два периферийных сливных канала. На тарелках такого вида жидкость движется от центра тарелки к ее периферии.

Указанные выше тарелки в колонне должны быть размещены поочередно.

Двухпоточные тарелки конструктивно более сложны, чем однопоточные. Они преимущественно используются в колоннах большого диаметра (начиная с диаметра

1400 мм при больших нагрузках по жидкости). Однопоточные тарелки применяются при умеренных нагрузках по жидкости.

Тип и конструкция контактных устройств колонных аппаратов обусловлен следующими факторами [1-6]: физико-химическими свойствами разделяемых смесей,

наличием в исходной смеси механических взвесей, необходимостью обеспечения низкого перепада давления в колонне, устойчивой работой аппарата при колебании подачи сырья, обеспечением малого времени пребывания жидкости в аппарате и др.

Кроме этого, при выборе конструкции контактных устройств следует учитывать возможность обильного образования пены на тарелках и уноса капель жидкой фазы паровым или газовым потоком. Сравнительные показатели работы колонн с

11

www.mitht.ru/e-library

Рис. 3. Схема однопоточной (а) и двухпоточной (б) тарелок: 1- корпус колонны; 2- рабочие поверхности полотна тарелки; 3,8- приемные карманы (гидравлические затворы); 4- переточные перегородки; 5- переточная планка; 6- сливные планки; 7- центральный сливной канал (патрубок); 9- направление движения жидкой фазы; 10направление движения паровой (газовой) фазы.

12

www.mitht.ru/e-library

различными контактными устройствами и области их применения приведены в литературе [1-3, 6]

2.1. Колпачковые колонны

Колонные аппараты с колпачковыми тарелками получили широкое распространение в промышленной практике [1-7]. Они имеют достаточно высокую разделяющую способность, устойчиво работают при колебании нагрузок как по пару,

так и по жидкости. Их применяют в процессах разделения, протекающих при избыточном и атмосферном давлении, а также при неглубоком вакууме [15].

Недостатком таких аппаратов является их относительно высокая металлоемкость.

Колпачковые тарелки могут быть двух типов: с капсульными (круглыми) и

туннельными колпачками [1-4]. Тарелки с туннельными колпачками по интенсивности массообмена и равномерности работы уступают тарелкам с капсульными колпачками.

Поэтому они применяются реже. Колпачковые тарелки нормализованы. Они могут быть изготовлены из стали, меди, керамики и полимерных материалов.

Как уже указывалось выше, в колонных аппаратах царгового типа с внутренним диаметром от 400 до 1000 мм используются «цельные» тарелки. Стальные тарелки с капсульными колпачками типа ТСК-1 для царговых колонн изготавливаются согласно ОСТ 26-01-282-71 [14]. Устройство тарелок данного типа показано на рис. 4. Основные технические характеристики тарелок типа ТСК-1 представлены в табл. 3 (площадь свободного сечения тарелки, длина линии барботажа, периметр слива, площадь паровых патрубков и др.).

В царгах колонны тарелки обычно устанавливаются «одна на другую». При этом в нижней царге устанавливается неполное (~ 3/4 по периметру колонны) опорное кольцо 3, приваренное к внутренней стороне обечайки 1 колонны (см. узел II). К

каждой тарелке (кроме самой верхней) приварены по три стойки 4, изготовленные из уголков или отрезков труб, к которым в свою очередь приварены горизонтальные пластинки 5. На эти пластинки опираются вышерасположенные тарелки.

Горизонтальная установка тарелки обеспечивается с помощью трех регулирующих винтов 7, проходящих через приваренные к тарелке неподвижные гайки 8. Фиксация регулирующих винтов 7 осуществляется стопорными гайками 9. Наружный диаметр тарелок Dт = Dк - 20 мм, где Dк - внутренний диаметр колонны. Высота тарелок обычно оставляет 40 - 45 мм. Толщина тарелок, изготовляемых из углеродистой стали,

составляет 4 мм, а для легированной стали- 2,5 мм.

13

www.mitht.ru/e-library

15	В-В
	12
	11
	1
	2

Рис. 4. Конструкция стальных цельных колпачковых тарелок типа ТСК1: 1- обечайка; 2- тарелка; 3- опорное кольцо; 4- стойка; 5- опорная пластинка; 6- колпачки; 7- винт; 8

и9-гайки; 10опорное кольцо; 11уплотнение; 12кольцо; 13скобы; 14шпильки; 15монтажные пластинки; 16сливной патрубок; 17сливная планка; 18перегородка.

14

www.mitht.ru/e-library

Таблица 3. Технические характеристики тарелок типа ТСК-1 [14].

Dк ,	Fв,	Lб ,	Lс,	Fс,	Fп ,	φ,		hд при h, мм			n	D,	t,
м	м2	м	м	м2	м2	%						мм	мм
							15		20	30
400	0,126	1,33	0,302	0,005	0,008	6,35					7	60	90
											13	60	90
500	0,196	2,45	0,4	0,007	0,015	8,0		5 – 30		5-40
											13	80	110
600	0,283	3,25	0,48	0,012	0,027	10
											24	80	110
											37	80	110
800	0,503	6,0	0,57	0,021	0,049	9,7
1000	0,785	9,3	0,8	0,05	0,073	9,0

Примечание: Dк -внутренний диаметр колонны; Fв – площадь аппарата; Fп - площадь сечения паровых патрубков; Fс - площадь сечения слива; Lс - длина линии слива; Lб - длина линии барботажа; φ - относительная площадь прохода паров; n - число колпачков; D - диаметр колпачков; t - шаг колпачков.

Таблица 4. Размеры капсульных колпачков, изготавливаемых согласно ГОСТ 9634-75 (размеры в мм).

D	H	H1	h	nп	b	d	s	d1
60	65 (75)	50 (60)	15 (20)	16	10,5	42	1,8	М10
			20 (30)
80	70 (85)	55 (70)	15 (20)	20	12,5	57	2,5	М12
			20 (30)
100	70 (94)	55 (75)	15 (20)	26	12,5	70	2,5	М12
			20 (30)

Примечание. В скобках даны размеры для исполнения 2.

Таблица 5. Технические характеристики тарелок типа ТСК-Р [14].

Dк , мм	Fв, м2	Lб, м	Lс , м	Fс, м2	Fв, м2	φ, %
1000	0,78	10,8	0,665	0,064	0,09	11,5
1200	1,13	12,3	0,818	0,099	0,129	11,4
1400	1,54	15,4	1,090	0,198	0,162	10,5
1600	2,01	20,7	1,238	0,269	0,219	10,9
1800	2,54	25,8	1,419	0,334	0,272	10,7
2000	3,14	36,4	1,455	0,33	0,385	12,2
2200	3,81	44,6	1,606	0,412	0,471	12,3
2400	4,52	52,8	1,775	0,505	0,557	12,3
2600	5,31	50,3	2,032	0,674	0,638	12,1
2800	6,16	72,8	2,096	0,686	0,769	12,5
3000	7,07	80,4	2,19	0,902	0,849	12,1
3200	8,04	75,4	2,36	0,88	1,18	14,6
3400	9,08	83,8	2,62	1,128	1,32	14,5
3600	10,18	87,6	2,88	1,441	1,37	13,5

15

www.mitht.ru/e-library

Для предотвращения прохождения пара и жидкости в зазорах между тарелками и корпусом колонны используются «сальниковые» уплотнения (сечения А-А). Они устроены следующим способом. К тарелке 2 приваривается кольцо 10. В случае изготовления тарелки из углеродистой стали это кольцо делают из проволоки диаметром 4 - 5 мм. При изготовлении же тарелки из легированной стали используется плоское кольцо толщиной 3 мм. В зазор между тарелкой и стенкой (обечайкой)

колонны укладывается уплотнение 11 (чаще всего – асбестовый шнур) и прижимается сверху кольцом 12 с помощью шести скользящих скоб 13 и приваренных к тарелке шпилек 14. Для монтажа тарелки используются две пластины 15 толщиной 3 мм (с

отверстиями 30 мм), приваренных к тарелке (сечение В-В). Тарелки обычно изготавливают цельноштампованными, как это показано на рис. 4. Иногда их делают сварными. В этом случае плоское днище приваривается к цилиндрическому кольцу.

Переток жидкости с верхних тарелок на нижние в колоннах царгового типа осуществляется через сливные патрубки 16, которые обычно имеют овальное сечение.

Площадь поперечного сечения этих патрубков должна обеспечивать скорость стекания жидкости порядка 0,1 – 0,15 м/с.

Регулирование уровня жидкости на тарелке осуществляется с помощью регулировочной планки 17, перемещаемой вверх-вниз по сливной перегородке 18,

приваренной или привинченной к тарелке. Длина сливной перегородки приведена в табл. 3. Для полного слива жидкости при остановке колонны на тарелке имеется два или три отверстия диаметром 8 мм.

Капсульные колпачки изготавливаются согласно ГОСТ 9634-75. Они бывают диаметром 60, 80 и 100 мм. Для тарелок типа ТСК-1 используются колпачки диаметром 60 и 80 мм (см. табл. 3). Колпачки на тарелках обычно размещаются по сторонам правильного шестиугольника. При этом шаг между колпачками t диаметром

D = 60 мм составляет 90 мм, а для колпачков D = 80 мм шаг равен 110 мм. Число колпачков п на тарелке различного диаметра указано в табл. 3.

Колпачки могут изготовляться в двух исполнениях (рис. 5). В исполнении 1

колпачки не регулируются по высоте. При этом они прижимаются нижней кромкой к тарелке с помощью болта 5 и гайки 4. Исполнение 2 позволяет осуществлять регулировку высоты расположения колпачка над тарелкой. Толщина стенки колпачков составляет 1,6 мм. Размеры колпачков и паровых патрубков приведены в табл. 4.

На рис. 5 показано крепление паровых патрубков 2 к тарелке, используемое при изготовлении тарелки из легированной стали. В целях экономии металла в этом случае

16

www.mitht.ru/e-library

Рис. 5. Конструкция капсульных колпачков: 1- колпачок; 2- паровой патрубок; 3- шайба; 4- гайка; 5- специальный болт.

17

www.mitht.ru/e-library

в тарелке вырезают отверстие диаметром несколько меньшим диаметра патрубка.

Далее отверстия развальцовывают и к их кромкам приваривают патрубки. С

внутренней стороны стенок патрубков привариваются крепежные болты 5. При изготовлении тарелок из углеродистой стали вырезают отверстие, в которое вставляют патрубок и закрепляют его развальцовкой или сваркой [13].

Для обеспечения хорошего контакта пара (газа) с жидкостью высота жидкости над прорезью колпачков hq должна быть: при h ≤ 20 мм hq = 5 –30 мм; при h = 30 мм hq

=5 – 40 мм [13].

Вцельносварных колоннах с колпачковыми контактными устройствами используются разборные однопоточные и двухпоточные тарелки. Стальные

однопоточные колпачковые тарелки типа ТСК-Р изготовляют согласно требованиям нормали ОСТ-26-808-73. Эскизное изображение такой тарелки показано на рис. 6. В

табл. 5 приведены размеры и технические характеристики таких тарелок.

Внутри цельносварных колонн имеется сливной карман 1, куда стекает жидкость из верхней тарелки, и переливные перегородки 2. Для крепления тарелок используется опорная рама 3 толщиной 12 мм, которая приварена с одной стороны к сливному карману, а с другой стороны к переливной перегородке (рис. 7). В промежутках между ними опорная рама приварена к стенкам колонны. Ранее уже отмечалось, что колонны с различными контактными элементами имеют практически одинаковую конструкцию опорных устройств для крепления секций разборных тарелок.

Крепление тарелок из углеродистой стали к опорной раме может осуществляться в двух вариантах [13]: с креплением полотна сверху опорной рамы (исполнение 1) или снизу (исполнение 2). При этом крепление производится с помощью болтов или шпилек М10, а также специальных фасонных шайб (шириной 25 мм и длиной 50 мм).

Тарелки из легированной стали изготавливаются только в исполнении 1. Между опорной пластиной и полотном тарелки устанавливается прокладка толщиной 3 – 4

мм.

При внутреннем диаметре колонны Dк ≤ 1400 мм и 1800 мм тарелка состоит из двух секций; при Dк = 1600 мм – из трех секций; при Dк = 2400 мм – из шести секций,

при Dк = 2600 мм – из десяти секций и при Dк = 2800 – 3600 мм – из восьми секций [13].

Диаметр тарелок Dт = Dк - 5 мм. Между секциями располагаются опорные балки 5 (см.

рис. 6). Толщина тарелок из углеродистой стали s = 6 мм, а из легированной s = 2,5

мм.

18

www.mitht.ru/e-library

Рис. 6. Конструкция стальных однопоточных колпачковых тарелок типа ТСК-Р: 1- сливной карман; 2- переливная перегородка; 3- опорная рама; 4- стенка колонны; 5- опорная балка; 6- сливная планка.

19

www.mitht.ru/e-library

Рис. 7. Устройство опорных конструкций однопоточных тарелок: 1- сегмент; 2- стойка; 3- уголок (балка); 4- уголок; 5- элемент кольца; 6- ребро; 7- пластина.

20

www.mitht.ru/e-library