476 (2)
.pdfРазборные тарелки типа ТСК-Р имеют такие же колпачки, как и цельные тарелки
ТСК-1. Число колпачков на тарелках |
n |
и число их рядов z зависит от диаметра |
колонны (см. табл. 5). |
|
|
Стальные двухпоточные тарелки изготавливаются по нормалям ОН 26-01-4-64 |
||
или ОСТ 26-1111-74. Их размеры |
и |
технические характеристики приведены в |
справочниках [13, 14]. В справочнике [13] кроме этого, приведены сведения о колпачковых тарелках, изготовляемых из цветных металлов, чугуна и керамики.
2.2. Клапанные колонны
Клапанные тарелки позволяют работать в широком интервале рабочих нагрузок по паровой фазе [1-6]. Их особенностью является возможность изменения живого сечения при изменении нагрузки по пару или газу. Такие колонны довольно широко
используются при проведении процессов ректификации и абсорбции при атмосферном и повышенном давлении. Клапанные тарелки примерно в 1,5 раза легче, чем колпачковые [6, 10].
Имеется довольно большое разнообразие конструкций клапанных устройств [1-4, 6, 10]. Клапаны, являющиеся распределительными устройствами для пара (газа),
представляют собой пластины (круглой или прямоугольной формы), которые перекрывают отверстия тарелки и под давлением пара поднимаются, пропуская пар.
Вес клапана автоматически (в зависимости от нагрузки по пару) регулирует величину живого сечения для выхода пара. Предельная высота подъема клапана определяется размером ограничительного устройства. Клапаны бывают с нижним и верхним ограничением хода. Клапаны имеют гладкие, реже зубчатые края [10].
Согласно отраслевым нормалям ОН 26-02-66 и ОСТ 26-02-1401-76 и ОСТ 26-02- 1401-77 клапанные колонны изготавливаются в виде цельносварных аппаратов [13, 14].
При этом они могут иметь однопоточные тарелки диаметром от 1000 до 4000 мм и двухпоточные диаметром 1000 до 8000 мм. Ниже более подробно будут рассмотрены конструкции цельносварных колонных аппаратов с однопоточными тарелками.
Исходя из возможности монтажа тарелок внутри корпуса колонны, они изготавливаются из отдельных секций (полотен) стандартной ширины, равной 420 мм
[13, 14]. Этот размер позволяет транспортировку (подачу) секций через монтажные люки размером 450 – 600 мм.
Для укладки полотен (секций) внутри клапанных колонн, также как и для колпачковых колонн, должны быть изготовлены опора для каждой тарелки.
21
www.mitht.ru/e-library
Конструкция такой опоры показана для однопоточных тарелок (рис.7). Слева к обечайке колонны приварен сегмент 1 с вертикальной стойкой 2, которые выполняют роль приемного кармана. К стойке 2 приварен уголок (балка) 3 с горизонтальной полкой сверху. Такого же типа и размера уголок (балка) 4 своими торцами приварен к внутренней стороне обечайки колонны. Приваренная к уголку 4 вертикальная пластина
7 вместе с обечайкой образует канал для слива жидкости с тарелки. В промежутках между уголками к обечайке приварены элементы колец 5, образуя замкнутую по периметру опорную полку, на которую укладываются секции тарелки. Для большей жесткости опоры к элементам колец 5 и сегменту 1 могут быть приварены ребра 6.
Основные размеры опорных конструкций приведены в табл. 6.
Число секций, образующих одну тарелку, зависит от диаметра колонны. Оно может изменяться от 3 до 10. Схема размещения секций для колонны диаметром Dк = 4000 мм показана на рис. 8. Как видно из данного рисунка, часть секций имеет прямоугольный вид, а часть представляет собой полные или усеченные сегменты.
Число полных секций п (шириной 420 мм каждая) для колонн различного диаметра приведено в табл. 7. Там же приведены основные размеры секций.
Между секциями тарелок монтируются опорные балки 4 и 5 (рис. 9). Обычно в качестве таких балок используются уголки, горизонтальная сторона которых шире, чем зазор между секциями. К этим уголкам с обеих сторон приварены вертикальные пластинки 28 с выступающей частью, которой уголки (балки) опираются на опорные конструкции, приваренные к корпусу колонны. Промежуточные опоры (балки)
прикрепляются к опорным конструкциям с помощью крепежных уголков 20 и 22 (см.
сечение Г-Г). Прижимные уголки 20 и 22 имеет наклонное продолговатое отверстие.
Перемещая его влево – вправо добиваются фиксации промежуточной опоры с помощью болтов 25. Секции (полотна) тарелок укладываются на опорные устройства через прокладки 21.
Общий вид одной из секций представлен на рис. 10. Клапаны 17 на каждой секции располагаются в шахматном порядке. Число продольных рядов равно 8. Расстояние между рядами (шаг) составляет 40 мм. Число клапанов в рядах зависит от диаметра колонны [13, 14]. Расстояние между клапанами в ряду равно 100 мм. Диаметр стандартных клапанов составляет 48 мм. Диаметры отверстий в секциях для установки клапанов составляет 40 мм.
На рис. 10 показано также положение клапана при различных нагрузках на пару. С
увеличением расхода пара площадь для его прохода возрастает. В среднем положении
22
www.mitht.ru/e-library
Таблица 6. Основные размеры опорных конструкций цельносварных колонн [14].
Dк , мм |
D2 , мм |
L, мм |
L1, мм |
Dк , мм |
D2 , мм |
L, мм |
L1, мм |
1000 |
880 |
690 |
120 |
2600 |
2480 |
1810 |
360 |
1200 |
1080 |
830 |
150 |
2800 |
2680 |
1950 |
390 |
1400 |
1280 |
970 |
180 |
3000 |
2880 |
2090 |
420 |
1600 |
1480 |
1110 |
210 |
3200 |
3040 |
2230 |
450 |
1800 |
1680 |
1230 |
240 |
3400 |
3240 |
2370 |
480 |
2000 |
1880 |
1390 |
270 |
3600 |
3440 |
2510 |
510 |
2200 |
2080 |
1530 |
300 |
3800 |
3640 |
2650 |
540 |
2400 |
2280 |
1670 |
330 |
4000 |
3840 |
2790 |
570 |
Таблица 7. Основные размеры секций клапанных тарелок [14].
Dк , мм |
D1 , мм |
l, мм |
l1, мм |
п |
Dк , мм |
D1 , мм |
l, мм |
l1, мм |
п |
1000 |
940 |
640 |
290 |
1 |
2600 |
2540 |
1760 |
460 |
4 |
1200 |
1140 |
780 |
390 |
1 |
2800 |
2740 |
1900 |
350 |
5 |
1400 |
1340 |
920 |
280 |
2 |
3000 |
2840 |
2040 |
450 |
5 |
1600 |
1540 |
1080 |
380 |
2 |
3200 |
3120 |
2180 |
340 |
6 |
1800 |
1740 |
1200 |
270 |
3 |
3400 |
3320 |
2320 |
440 |
6 |
2000 |
1940 |
1340 |
370 |
3 |
3600 |
3520 |
2460 |
330 |
7 |
2200 |
2140 |
1480 |
410 |
3 |
3800 |
3720 |
2600 |
430 |
7 |
2400 |
2340 |
1620 |
360 |
4 |
4000 |
3920 |
2740 |
320 |
8 |
Таблица 8. Технические характеристики тарелок типа ТС-Р [14].
|
|
|
|
d, мм |
|
|
|
|
||
Dк, |
Fв, |
Fр, |
3 |
4 |
|
5 |
8 |
Fс, |
φп, |
Lс , |
|
t, мм |
|
|
|||||||
мм |
м2 |
м2 |
|
|
|
|
|
м2 |
% |
м |
7-12 |
8-13 |
|
10-18 |
16-25 |
||||||
|
|
|
|
φ, % |
|
|
|
|
|
|
400 |
0,126 |
0,051 |
6,62-2,26 |
9,1-2,55 |
|
9,1-2,78 |
9,1-3,7 |
0,004 |
3,81 |
0,302 |
500 |
0,196 |
0,089 |
7,57-2,62 |
10,3-3,18 |
|
10,3-4,22 |
10,3-4,2 |
0,1 |
3,6 |
0,4 |
600 |
0,280 |
0,140 |
8,2-2,8 |
11,2-3,46 |
|
11,2-4,60 |
11,2-4,6 |
0,1 |
4,3 |
0,48 |
800 |
0,510 |
0,410 |
10,25-3,5 |
14,0-3,96 |
|
13,9-4,30 |
14,0-5,7 |
0,016 |
4,1 |
0,57 |
1000 |
0,785 |
0,713 |
10-3,38 |
13,6-3,86 |
|
13,6-4,20 |
13,6- 5,6 |
0,036 |
4,6 |
0,8 |
Примечание: Fв – площадь аппарата; Fр -рабочее сечение тарелки; Fс - площадь сечения слива; Lс - длина линии слива; d – диаметр отверстий; t – шаг отверстий; φ - относительная площадь прохода паров; φп - относительная площадь перелива.
23
www.mitht.ru/e-library
Рис. 8. Устройство однопоточных клапанных тарелок типа ТКП: 1, 2, 3- полотна тарелок; 4 и 5- балки съемные; 6- ограничитель; 7- шайба специальная; 8- ограничитель; 9- сегмент; 10ребро; 11карман; 12перегородка сливная; 13полка опорная; 14, 15балки; 16ребро; 17клапан; 18планка регулирующая; 19струбцина; 20прижим левый; 21прокладка; 22прижим правый; 23планка; 24планка регулирующая; 25болт М10; 26гайка М10; 27шайба М10.
24
www.mitht.ru/e-library
Рис. 9. Конструкция однопоточных клапанных тарелок (обозначения см. рис. 8)
25
www.mitht.ru/e-library
Рис
.
10.
Ко
нст
рук
ция
одн
опо
точ
ны
х
клапанных тарелок типа ТКП (обозн. см.
рис. 8).
клапана
26
www.mitht.ru/e-library
эквивалентный диаметр канала для прохода пара можно принять равным dэ = 2h , где h
= 14 мм – ширина канала между плоскостью тарелки и поверхностью клапана.
Относительная доля рабочей площади однопоточной тарелки в зависимости от диаметра колонны составляет 74 –79 %, а относительная площадь прохода паров равна
10,3 – 16% [13].
Размеры и технические характеристики двухпоточных клапанных тарелок,
изготовляемых согласно нормалей ОН 26-02-29-66 или ОСТ 26-02-1401-76, приведены в справочниках [13, 14]. Они могут иметь диаметр от 1400 до 8000 мм. Относительная рабочая площадь тарелок составляет 41 – 74 %, а относительная площадь прохода паров 5,75 – 14,9% [7, 13].
Контактные устройства клапанного типа можно использовать и в колонных аппаратах царгового типа. При этом тарелки имеют такое же устройство, как и колпачковые тарелки, только в них вместо капсульных колпачков устанавливаются круглые или прямоугольные клапаны. В случае использования клапанов диаметром 48
мм их располагают по сторонам правильного шестиугольника с шагом 90 мм.
2.3. Ситчатые колонны
Колонные аппараты с ситчатыми тарелками применяются при стабильных нагрузках по паровой (газовой) фазе и жидкости, а также при отсутствии механических загрязнений в жидкой фазе [7, 13, 14]. Они могут работать под вакуумом, при атмосферном и избыточном давлении. Ситчатые тарелки бывают с отбойными элементами и без них. Также как и колпачковые и клапанные колонные аппараты,
ситчатые колонны могут быть однопоточного и двухпоточного типа.
Технические характеристики однопоточных ситчатых тарелок без отбойных элементов типа ТС регламентируются ОСТ 26-805-73. Они приведены в табл. 8. В
колоннах, снабженных такими тарелками, пар проходит через отверстия диаметром 3 – 8 мм в днище тарелки. Отверстия располагаются по сторонам равностороннего треугольника. Шаг отверстий приведен в табл. 8. Во всем остальном колонны с тарелками типа ТС практически ничем не отличаются от однопоточных колонн с колпачковыми и клапанными тарелками.
Технические характеристики двухпоточных ситчатых тарелок типа ТС-Р и ТС-Р2
регламентируются ОСТ 26-805-73; они приведены в [7, 14]. Колонные аппараты с такими тарелками имеют конструкцию такую же, как и двухпоточные колонны колпачкового и клапанного типов [7, 13, 14].
27
www.mitht.ru/e-library
Ситчатые тарелки с отбойными элементами имеют более сложную конструкцию.
Их технические характеристики регламентируются ОН 26-02-30-66 [13, 14]. Их особенностью является то, что они имеют щелевые отверстия для прохода паровой фазы. При этом над тарелкой размещаются наклонные отбойные элементы. Контактные устройства такого типа позволяют увеличить интенсивность массообмена. Однако при их использовании требуется большее расстояние между тарелками.
2.4. Колонны с другими типами контактных устройств
Описанные выше колонные аппараты с колпачковыми, клапанными и ситчатыми тарелками наиболее широко используются в химической и родственных ей отраслях промышленности. В то же время в литературе [1-6, 8, 10] имеются сведения об использовании тарельчатых колонн с другими видами контактных устройств.
Так, для проведения процессов ректификации и абсорбции иногда используют тарельчатые колонны с S -образными контактными элементами (типа «Юнифлюкс») [2-4]. В таких колоннах тарелки обычно снабжаются S-образными элементами, высотой
70-80 мм и шириной 150 мм [13]. При использовании таких контактных элементов имеет место однонаправленное движение пара и жидкости. При этом жидкость направляется паром в сторону слива, вследствие чего уменьшается градиент уровня жидкости на тарелке. Высота сливной планки на тарелке обычно равна высоте S-
образного элемента. Свободное сечение тарелки для прохода пара составляет 11-12 %,
а ее рабочая площадь достигает 80% от площади сечения колонны.
Тарелки с S-образными элементами более просты в изготовлении и монтаже, чем колпачковые. Они имеют довольно высокую производительность. Однако их эффективность несколько ниже по сравнению с колпачковыми тарелками, особенно в области малых нагрузок. В литературе [4, 13] приведены размеры и параметры тарелок с S-образными элементами.
Имеются тарелки с пластинчатыми (жалюзийными) контактными устройствами [2, 10, 14]. Такие тарелки обычно снабжаются наклонными пластинками, которые располагаются так, что они частично перекрывают друг друга. Угол наклона 4-9о. Пар
(газ) движется в щелях между пластинками со скоростью 20-50 м/с [2]. Нагрузка по жидкости в аппаратах с такими тарелками достигает 120 мз/(м·ч). Технические характеристики таких тарелок приведены в [14].
Имеется довольно большое количество конструкций контактных устройств провального типа. Они отличаются тем, что перелив жидкости с тарелки на тарелку
28
www.mitht.ru/e-library
производится через те же отверстия, через которые проходит пар или газ. Это упрощает конструкцию тарелок и удешевляет их. Описан [2-4, 10, 13] целый ряд тарелок такого типа: решетчатых, колосниковых, ситчатых, трубчатых и др.
Решетчатые тарелки бывают цельного типа (диаметром до 800 мм, ОСТ 26-675-72)
и разборного типа (диаметром от 1000 до 3000 мм, ОСТ 26-666-72). В днищах цельных решетчатых тарелок обычно имеются щели шириной 4-6 мм и длиной 60 мм. Шаг между щелями может изменяться от 8 до 36 мм [7, 14], толщина тарелки 2-4 мм.
Разборные тарелки снабжаются штампованными полотнами с щелевидными отверстиями. Из-за отсутствия сливных устройств полезная площадь таких тарелок увеличивается на 15-30%. Их производительность примерно в 1,5 раза выше колпачковых тарелок. Недостатком колонн с решетчатыми тарелками является более узкий диапазон устойчивой работы и более низкий КПД по сравнению с колпачковыми колоннами. Технические характеристики решетчатых тарелок приведены в справочнике [14]. С другими конструкциями провальных тарелок можно познакомиться в литературе [1-7, 10].
3. Устройство насадочных колонн
Насадочные колонные аппараты, также как и тарельчатые колонны, бывают царгового (диаметром от 400 до 800 мм) и цельносварного типа (диаметром от 1000 до
2800 мм) [11, 12, 13].
Царговые насадочные колонны являются аппаратами разборного типа. На рис.11
показано устройство такой колонны. Они состоят из отдельных сварных узлов (царг,
крышки и куба), которые соединяются между собой с помощью фланцев. На рис.12
показано устройство цельносварной насадочной колонны.
Обозначения и назначение штуцеров насадочных колонн приведены в табл. 9.
Технические характеристики таких колонн содержатся в [7, 13-15, 17, 18].
Имеется большое число видов насадок, из них в промышленной практике получили широкое распространение кольца Рашига, Палля и Лессинга, седла Берля и Инталлокс, плоскопараллельная, z-образная насадки, а также насадки, изготовленные из гофрированных сеток [1-6,10]. При этом насадка может загружаться в аппараты навалом или же она требует регулярной укладки. Насадки могут изготовляться из металла, фарфора, керамики, графита и полимерных материалов. Металлическая насадка применяется в тех случаях, когда возможно отложение осадков и необходима частая чистка аппарата, а также в вакуумных колоннах, поскольку такая насадка имеет
29
www.mitht.ru/e-library
Рис. 11. Аппараты с насыпной насадкой царговые [15,17]: 1- куб; 2- опора-лапа; 3, 4 и 5- царги; 6- тарелка ТСН-3; 7- цапфа; 8- крышка; 9- приспособление для выверки; 10 –отбойник сетчатый; 11сепаратор; 12насадка; 13решетка опорная; 14тарелка ТСН-2; 15люк; 16камера уровнемера; 17опора цилиндрическая; H1- высота цилиндрической части аппарата и L- определяются заказчиком.
www.mitht.ru/e-library