Тарілки клапанні, сітчасті, ковпачкові, баластні

Основні конструкції тарілок

Сітчасті тарілки.

Колона з сітчастими тарілками (рис. 1) являє собою вертикальний циліндр із закріпленими на опорних балках горизонтальними пластинами, в яких рівномірно по всій поверхні просвердлено велику кількість отворів діаметром від 2 до 8 мм. Іноді трафарети можуть мати різні розміри отворів залежно від типу продукту, який обробляється на дошці. Тому для трубопроводів слабкої азотної кислоти випускають баштові пристрої, оснащені сітчастими пластинами з отворами 0,8 мм.

Рис. 1 - Колона з сітчастими тарілками

а - будова колони; б - будова сітчастої тарілки Потоки: А - вхід рідини; Б - вихід рідини; В -вхід газу; Г - вихід газу 1 - корпус; 2 - днище; 3 - кришка; 4 - тарілка сітчаста; 5 - переливна стінка; 6 - полотно тарілки; 7 - планка переливна; 8 - бризковловлювач; 9 - люк - лаз; 10 - опора

Газ проходить через отвори в пластині і розподіляється в рідині у вигляді невеликих струменів і бульбашок. Газ повинен рухатися з певною швидкістю і мати достатній тиск, щоб подолати тиск шару рідини на пластину і запобігти витіканню рідини через отвори пластини.

За нормальних робочих умов рідина не проходить через отвір, оскільки вона підтримується тиском газу внизу. При малих газових навантаженнях тиск газу не в змозі підтримувати шар рідини на тарілці, що відповідає висоті переливу. При цьому рівень рідини встановлюється нижче переливного порту і рідина проходить через ті ж отвори, що й газ, тобто пластина працює в режимі відмови. Це неробочий режим роботи для вказаної тарілки.

Сітчасті тарілки в основному використовується для дистиляції спирту та рідкого повітря. Його допустиме навантаження рідини і газу (пара) невелике, а режим роботи важко регулювати. Передача маси та тепла між парою та рідиною відбувається в основному через шар піни та бризок на деякій відстані від дна пластини.

Екранні панелі характеризуються простотою і легкістю монтажу, огляду та обслуговування. Ширина окремих секцій панелей дозволяє встановлювати або знімати їх через люки колон. Ці тарілки мають дуже малий гідравлічний опір. Сітчасті тарілки стабільно працюють у досить широкому діапазоні швидкостей газу, а в певному діапазоні навантажень газ-рідина мають високу ефективність.

У той же час сітчасті тарілки чутливі до забруднень і відкладень, які забивають пори пластин. Якщо подача газу раптово припиниться, уся рідина буде злита з мережі, і вежу потрібно буде перезапустити, щоб відновити роботу.

Сітчасиі тарілки необхідно встановлювати строго горизонтально, щоб пар проходив через усі отвори сітки і не проходила через них рідина.

Ковпачкові тарілки.

Основною складовою частиною колони з ковпачковими тарілками є вертикальний циліндр 1, який повністю зварюється або збирається окремими зонами (царгами) (рис. 2). При цьому на певній відстані одна від одної встановлюють переливні багатоковпачкові тарілки 4. Відстань між тарілками визначається параметрами робочого процесу та діаметром колони.

Рис. 2 - Колона з ковпачковими тарілками

а - будова колони; б - будова тарілки ковпачкової із сегментними переливами;
Потоки: А - подача вихідної суміші; Б - відведення пари; В - подача рідини;
Г - відведення кубової рідини; Д -подача пари з випарника;
1 - корпус колони; 2 - днище; 3 - кришка; 4 - тарілка ковпачкова із сегментними переливами;
5 - люк - лаз; 6 - опора; 7 - полотно тарілки; 8 - кишеня прийомна; 9 - переливна планка;
10 - ковпачок капсульний; 11 - паровий патрубок; 12 - зливальна планка; 13 - зливальний лист

Ковпачкові тарілки являють собою полотно з насадкою, що закривається зверху кришкою. Рідина тече від тарілки до тарілки через перелив, а рівень на тарілці встановлюється на верхній край трохи вище дренажного порогу. Нижня частина переливного пристрою знаходиться нижче рівня рідини, утворюючи гідравлічний клапан, який перешкоджає проходженню газу через переливний отвір (рис. 2).

Рідина, що переливається з верхньої тарілки на нижню,рухається горизонтально вздовж тарілки. Щоб рідина витікала тільки з переливу, а не з випускного отвору, верхній край випускного отвору повинен бути вище рівня рідини на тарілці.

Ковпачок занурюється в рідину своїм нижнім кінцем. Газ потрапляє в простір під ковпачком через сопло, проходить через шар рідини і виходить у вигляді бульбашок з-під ковпачка.

Основна відмінність між конструкціями ковпачкових тарілок полягає в дизайні ковпачка. Ковпачки можуть бути круглими, прямокутними або тунелеподібними. На нижньому кінці ковпачка є трикутна,прямокутна або трапецієподібна прорізь висотою 20-30 мм. Основне призначення прорізів - усунути односторонній потік газу з-під ковпака, якщо площина нижнього торця зміститься від горизонталі через неспіввісність при монтажі.

Під час роботи колони щілини в насадці повинні бути повністю занурені в рідину на глибину 10-20 мм нижче поверхні рідини на тарілці, що забезпечує диспергування газового потоку і барботування через шар рідини.

Ковпачок встановлюється з певним зазором по відношенню до площини тарілки.

Розміри парової насадки і ковпачка стандартизовані і підбираються відповідно до діаметра колони. Стандартні діаметри насадок залежать від діаметра парової насадки і становлять 60, 80, 120 і 150мм відповідно.На тарілці може бути велика кількість ковпачків, так звані багатоковпачкові тарілки.

Одноковпачкові тарілки з одним ковпачком великого діаметру (близько 2м) використовуються, наприклад, при роботі з забрудненими рідинами(содова промисловість).

Одноковпачкові тарілки менш схильні до забруднення і мають довший термін служби. Їх особливістю є те, що при раптовому припиненні подачі газу з тарілки не зливається рідина, і вона знову починає працювати, колиподача газу відновлюється. Тому робота таких тарілок дуже проста. Спочатку на тарілки подається рідина, що призводить допоступового накопичення рідини на всіх тарілках зверху вниз. Це створює водяний затвор у переливній кишені. Потім подається газ. Спочатку на нижній тарілці з'являється шар бульбашок, потім на другій тарілці знизу, і поступово вся колона починає працювати.

Це найпоширеніші тарілки, які широко використовуються як в процесах дистиляції, так і абсорбції.

Принципова схема тарілки-капсули показана на рис. 3.

Рис. 3 - Схема роботи ковпачкової тарілки

1 - тарілка; 2 - газові патрубки; 3 - ковпачки; 4 - зливні трубки

Тарілка має позитивну протилежну дренажну систему(трубку). Газ (пара) проходить через газове сопло, відбивається від внутрішньої поверхні ковпачка,повертає вниз, через жолобки потрапляє в шар рідини і розбивається на численні струмені, які спінюють рідину.

Висота шару газового піноутворення залежить від розміру насадки,глибини занурення, швидкості пари,товщини шару рідини на тарілці та фізичних властивостей рідини.

Клапанні тарілки.

Основною складальною одиницею колони з клапанними тарілками є вертикальний циліндричний корпус 1, виготовлений суцільнозварним або роз'ємним способом (рис.4). Переливнітарілки 4 встановлені в корпусі через рівні проміжки одна від одної. Відстань між тарілками визначається взалежності від технічних параметрів роботи і діаметра колони.

Рис. 4 - Будова і принцип роботи колони з клапанними тарілками

Потоки: А - подача рідини; Б - відведення рідини; В - подача газової суміші; Г - відведення газу;
а - будова піднімально-поворотного клапана; б, в, г - положення клапана при мінімальному, середньому і максимальному навантаженнях відповідно;
1 - корпус колони; 2 - днище; 3 - кришка; 4 - тарілка клапанна; 5 люк - лаз; 6 - опора; 7 - диск клапана; 8 - ніжка обмежувальна коротка; 9 - ніжка обмежувальна довга

Тарілка клапана-це лист з отворами, кожен з яких закритий рухомою пластиною. Під власною вагою тарілка закриває отвори і перешкоджає вільному проходженню пари. При запуску таких тарілок, як і у випадку з ковпачковою тарілкою, спочатку подається рідина для утворення шару на тарілці. Потім подається пара. Паровий потік створює тиск під тарілкою, і ковпачок піднімається, створюючи канал для виходу газу. Залежно від навантаження клапанперемішується у вертикальній площині, змінюючи активну площу перерізу, через яку проходить газ, причому максимальна площа перерізу визначається висотою ніжок, які обмежують піднімання клапана. Газ проникає крізь шар рідини, створюючи на тарілці шар бульбашок.

Чим більший потік газу, тим вище піднімається клапан. Тому ці тарілки ефективно працюють в широкому діапазоні газових навантажень і стійкі до коливань газового навантаження. Вони також довели свою високу ефективність навіть притривалих інтервалах навантаження завдяки функції саморегулювання.

Принцип роботи тарілки полягає в тому, що клапан, який вільно звисає над отворами в тарілці, під дією власної ваги автоматично регулює розмір зазору між клапаном і поверхнею тарілки у відповідь на зміну витрати газу, підтримуючи швидкість потоку газу, що надходить в барботажний шар, на постійному рівні. Це призводить до незначного збільшення гідравлічного опору тарілки клапана. Висота підйому клапана зазвичай не перевищує 8 мм.

Активна площа поперечного перерізу газового отвору становить 10-15% від площі поперечного перерізу колони. Швидкість газового потоку досягає 1,2 м/с. Клапан може бути розташований з верхньої сторони (рис.-зліва) або знизу (рис.-праворуч) у вигляді круглої або прямокутної тарілки з обмежувачем підйому.

Рис. 5 - Конструкція клапанів

Можна сказати, що клапанні тарілки є видозміною сітчастих, пристосованих для роботи при сильно змінних газових навантаженнях.

Клапанна тарілка є вдосконаленою версією сітчастої тарілки, яка, можна сказати, здатна впоратися з дуже змінними газовими навантаженнями.

Баластні клапанні тарілки.

Баластні клапанні тарілки є різновидом клапанних (рис. 6, г)

Рис. 6 - Види клапанів

а, б - з круглими клапанами; в - з пластинчастим клапаном; г - з баластним клапаном
1 - клапан; 2 - кронштейн-обмежувач; 3- баласт

Ці тарілки відрізняються від клапанних тим, що між легким клапаном і обмежувальним кронштейном встановлений важкий клапан, а ще один важкий клапан-на короткій стійці на пластині. Клапан починає підніматися при низькій швидкості газу. При подальшому збільшенні швидкості газу клапан впирається в баласт і потім піднімається разом з ним.

Баластна тарілка працює в два етапи. Завдяки невеликій вазі клапан відкривається при низьких газових навантаженнях. При більших навантаженнях клапан впирається в баласт і піднімається разом з ним.

Баластні тарілки характеризуються більш рівномірною роботою і повною відсутністю крапель у всьому діапазоні швидкостей газу.

Переваги клапанів і баластних тарілок: відносно висока пропускна здатність і гідродинамічна стабільність, постійна і висока ефективність в широкому діапазоні газового навантаження. Це є відмінною рисою порівняно з усіма іншими тарілками.

Випробування баластних тарілок показали стабільну роботу навіть при зміні газового навантаження в 10 разів.