Конструкции тарелок

Тарелки могут быть со сливными устройствами - колпачковые, ситчатые, клаПАХТые, пластинчатые, с S-образными элементами, струйные и т.д. и без сливных устройств – провальные, решетчатые, трубчатые, волнистые.

Требования к тарелкам: высокая интенсивность и эффективность массообмена, простота изготовления и монтажа, низкое гидравлическое сопротивление.

Используются, например, тарелки с круглыми колпачками:

1 – корус колонны, 2 – диск тарелки, 3 – патрубок для прохода пара, 4 – колпачки, 5 – сливной порог, 6 – переточный канал, 7 – вырез.

Тарелка представляет собой металлический диск 2 с отверстиями, в которых укреплены патрубки, перекрывемые сверху колпачками. В нижней части колпачка имеются вырезы (или прорези), через которые барботирует пар. Проходя через слой жидкости, пар поступает в патрубки верхней тарелки. Жидкость перетекает на нижнюю тарелку через переточные каналы, концы которых погружены в жидкость (гидравлический затвор). Иногда переточными каналами служат цилиндрические трубки. Колпачки размещаются в вершинах равносторонних треугольников. Уровень жидкости на тарелке определяется высотой сливного порога.

Изображенный на схеме переточный канал образован сегментообразными отверстием в тарелке, ограниченным вертикальной перегородкой. Это тарелка с диаметральным переливом жидкости. Применяют тарелки и с радиальным переливом: на одной тарелке – периферийные сливные трубки, на следующей – центральная сливная трубка. Т.е. жидкость на тарелке движется по радиусам.

Колпачковые тарелки работают устойчиво в значительном интервале нагрузок по пару и жидкости. Но они дороги, сложны, трудно очищаются, имеют низкую максимальную нагрузку по пару и высокое ∆р (гидравлическое сопротивление).

Особенностью весьма эффективных клаПАХТых тарелок является устойчивый рабочий режим в очень широком интервале нагрузок по пару.

КлаПАХТая тарелка – плоский диск с круглыми или прямоугольными отверстиями, расположенными в шахматном порядке (как и в колпачковой тарелке). Сверху отверстия прикрываются плоскими круглыми или прямоугольными клапанами.

Тарелка с круглым клапаном с верхним ограничителем: 1 – клапан; 2 – ограничитель; 3 – диск тарелки.

При изменении расхода пара клапаны поднимаются на большую или меньшую высоту, обеспечивая постоянную скорость пара без провала жидкости.

Максимальную устойчивость рабочего режима обеспечивают балластные клапаны. В этом случае клапан находится внутри более тяжелой балластной детали: 1 – клапан, 2 –балласт, 3 – ограничитель.

При небольших расходах пара поднимается лишь клапан 1, а при больших расходах – клапан 1 с балластом 2.

Несмотря на повышенное гидравлическое сопротивление, клаПАХТые и балластные тарелки гидродинамически устойчивы и высокоэффективны в широком интервале нагрузок по пару.

Ситчатые тарелки – перфорированные диски (d_отв = 2 – 8 мм). Несмотря на простоту устройства, легкость монтажа и ремонта, эти тарелки обладают сравнительно узким диапазоном нагрузок по пару – провал жидкости, при больших – унос жидкости. Ситчатые тарелки по интервалу устойчивой работы уступают колпачковым и более подвержены загрязнениям.

Резко повысить нагрузки по пару и жидкости и снизить гидравлическое сопротивление позволяют пластинчатые или струйные тарелки: 1 – пластины; 2 – переливная перегородка; 3 – сливной карман.

Пластинчатая тарелка состоит из ряда наклонных пластин 1. на тарелке прямоток пара и жидкости, а в целом по колонне – противоток. При высокой скорости пара барботажный режим переходит в капельный, т.е. пар становится сплошной фазой, а жидкость – дисперсной. В этом режиме – большая поверхность массообмена. Отсутствие переливного порога у кармана 3 понижает ∆р тарелки.

Пластинчатые тарелки имеют низкую металлоемкость, способны работать с загрязненными жидкостями. Недостатки их – затруднен теплоотвод, низкая эффективность при небольшом расходе жидкости.

Тарелки со сливными устройствами могут работать в трех гидродинамических режимах: 1) пузырьковом; 2) пенном; 3) струйном.

Пузырьковый режим – при небольших скоростях пара. Поверхность контакта фаз небольшая.

При увеличении скорости пара отдельные пузырьки сливаются в струю, при разрушении которой образуется пена. Поверхность контакта фаз максимальна. Это пенный режим.

При дальнейшем росте скорости пара паровые струи выходят на поверхность барботажного слоя, образуя большое количество крупных брызг. Это струйный режим. Поверхность контакта фаз резко снижается. Поверхность контакта фаз резко снижается.

Наиболее просты по устройству провальные тарелки. У них сливные устройства отсутствуют. Провальные тарелки собирают из отдельных полос (типа колосниковых решеток) или из ряда параллельных труб, через которые пропускается теплоноситель. Они могут изготовляться и в виде плоских дисков с щелями или круглыми отверстиями. Т.е. эти тарелки могут быть дырчатыми, решетчатыми, трубчатыми. Тарелки из гофрированных дисков с отверстиями называются волнистыми.

В провальных тарелках пар и жидкость попеременно движутся через одни и те же отверстия и щели. Эти тарелки работают в узком диапазоне нагрузок по пару, с неравномерным барботажем, со значительным продольным перемешиваем жидкости – недостатки. Достоинства – простота, небольшое гидравлическое сопротивление, дешевизна. По режиму работы провальные тарелки аналогичны ситчатым.