Технические характеристики тарелок

Основные размеры тарелок определяют равномерную, устойчивую и эффективную работу колонны в заданном диапазоне изменения нагрузок. К ним относятся такие конструктивные размеры тарелки как соотношение рабочей площади и площади переливов, периметр слива жидкости, свободное сечение тарелки, основные размеры контактных элементов и расстояние между ними.

Тарелка работает устойчиво и равномерно всем сечением лишь в том случае, когда величина градиента жидкости ( ) значительно меньше сопротивления сухой тарелки (∆h_с=∆P_с/(q _n), мм) (например, при ∆h_с < 0,5) или когда градиент уровня стекающей жидкости не превышает 20…25 мм, а нагрузка по жидкости – 90…100 м /(м • ч). Указанные цифры предельных нагрузок по жидкости являются основой для выбора числа потоков и схемы движения жидкости по тарелке [8].

В колонных аппаратах применяются тарелки, имеющие различные схемы движения жидкости (см. рисунок 3.5). Однопоточные тарелки применяются при небольших расходах жидкости; при больших расходах применяются главным образом двух- и четырехпоточные тарелки. Однако применение тарелок с тремя и пятью потоками жидкости также может оказаться целесообразным. При применении тарелок с большим числом потоков следует учитывать, что такие конструкции уменьшают длину пути жидкости и, следовательно, эффективность тарелок. Кроме того, они разбивают колонну на несколько самостоятельных отсеков, что препятствует перераспределению пара по сечению колонны и нарушает равномерность работы тарелок. Минимальная длина пути жидкости на каждом потоке (L_ж) должна быть не менее 0,5…0,6 м, т. е. на одном потоке следует размещать не менее 3…4 S – образных элементов или столько же рядов колпачков и клапанов.

На рисунке 3.44 показана схема однопоточной тарелки диаметром D. При выборе диаметра тарелки принимается, что он совпадает с внутренним диаметром колонны (D_k), т.е. зазор между корпусом аппарата и полотном тарелки не учитывается.

1 – площадь, занятая колпачками или отверстиями (Fp);

2 – переливной сегмент (Fпер); 3 – переливной порог;

4 – зазор между колпачками (отверстиями) и переливным порогом; 5 – зазор между колпачками (отверстиями) и корпусом;

6 – сегмент для подачи жидкости с вышележащей тарелки

Рисунок 3. 44– Схема однопоточной тарелки

Сечение тарелки F(м ), равное свободному сечению колонны, можно рассчитать по скорости пара (газа) (ω_n, м/с)

F=V_n /ω_n ,м² ; D = 1,13 F, м (3.1)

Рабочим сечением тарелки считается F_p (м² ) площадь, занятая колпачками или отверстиями.

Рабочее сечение колпачковой тарелки (при разбивке колпачков по вершинам правильных треугольников) составляет

(3.2)

где n – число колпачков на тарелке;

t – шаг (расстояние между центрами колпачков). Шаг определяют по эмпирической формуле

, (3.3)

где h и в- высота и ширина прорези;

z - число прорези в колпачке диаметром dк,

Рабочее сечение тарелки можно определить по выражению

(3.4)

где - сумма площадей, занятая переливами (для однопоточной тарелки ).

Площадь переливного устройства можно рассчитать (расчет приведен в пункте 7.2), либо принять в соответствии с техническими характеристиками тарелки (таблицы 3.4…3.9).

Длина переливного порога или периметр перелива (П, м) принимается относительно диаметра тарелки в пределах П/D = 0,6….0,8, либо по техническим характеристиками тарелок.

Ширину переливного устройства (S) можно определить по выражению

(3.5)

Длина пути жидкости (L_ж) на тарелки равна расстоянию между сегментами поступления и перелива жидкости.

С учетом уравнения (3.5) длину пути жидкости можно определить как

(3.6)

Если выбрано отношение П/D, то относительная длина пути жидкости составит

- для тарелки с числом потоков, равным n

; (3.7)

- для однопоточной (n=1)

(3.8)

Так как между барботажными устройствами (колпачками, отверстиями и др.) и переливными сегментами, а также между этими устройствами и корпусом аппарата должен быть зазор, эффективная рабочая площадь тарелки (F_эф) составляет (0,8…0,9 ) Fp, т.е.

Эффективную рабочую площадь однопоточной тарелки можно рассчитать в зависимости от соотношения длины переливного порога и диаметра тарелки по уравнениям

- при П/D < 0,7

- при 0,7 П/D< 0,75 (3.9)

- при 0,75 П/D < 0,8

- при П/D 0,8

Ориентировочные значения эффективной рабочей площади тарелки и длину пути жидкости на тарелке можно определять при помощи графиков, приведенных на рисунках 3.45 и 3.46.

Рисунок 3.45 - Зависимость ориентировочных значений эффективной рабочей площади однопоточных ( I ) и двухпоточных ( II ) тарелок от диаметра колонны

Рисунок 3.46 - Зависимость длины пути жидкости на тарелке от диаметра колонны: I – однопоточная тарелка;

II – двухпоточная тарелка; III – четырехпоточная тарелка

В технической характеристике тарелок часто приводятся

- свободное (или «живое») сечение – суммарная площадь паровых патрубков или отверстий (F_c, м ) либо относительное свободное сечение тарелки f_c = F_c/ F. Для однопоточных тарелок f_c находится в пределах 0,04…0,15. Для многопоточных эта величина ниже. Для ситчатых тарелок при шахматном расположении отверстий

f_c =0,9065 ( ) , м²/ м² (3.10)

где d - диаметр отверстий;

t - шаг (обычно величину шага принимают в диапазоне от 2,5 до 4,5 d )

Числовые значения относительного свободного сечения ситчатой тарелки ( в % ко всей площади тарелки F) в зависимости от диаметра отверстий и их шага приведены в таблице 3.4.

Таблица 3.4- Относительное свободное сечение ситчатой тарелки

- относительное сечение перелива f_пер = F F может быть выражено в %;

-число колпачков или паровых патрубков на тарелке;

-число рядов колпачков или паровых патрубков тарелки S-образных элементов на одном потоке жидкости п_р.

Основные параметры нормализованных тарелок, необходимые для выполнения расчетов колонных аппаратов, приведены в таблицах 3.5 – 3.10