Внутреннее устройство колонны — лотки: принципы проектирования и эксплуатации

Внутреннее устройство колонны — лотки: принципы проектирования и эксплуатации

Тарелки или тарелки представляют собой горизонтальные внутренние устройства, установленные внутри дистилляционных, абсорбционных и отпарных колонн для облегчения поэтапного контакта пара и жидкости. Они обеспечивают четкую поверхность, где взаимодействуют жидкость и пар, обеспечивая массо- и теплообмен между фазами, прежде чем они разделятся и перейдут на соседнюю стадию. Конструкция и выбор тарелок являются важнейшими факторами, определяющими эффективность разделения, производительность и стабильность работы колонны.

Типы основных лотков и рабочие механизмы

Наиболее распространенные типы промышленных тарелок отличаются конфигурацией парожидкостного потока:

1. Ситчатые лотки: состоят из плоской пластины, перфорированной множеством маленьких отверстий, обычно диаметром от 3 до 12 мм. Пар течет вверх через отверстия, рассеиваясь в жидкости, текущей через лоток. Ситчатые тарелки характеризуются простой конструкцией, низкой стоимостью и высокой эффективностью, особенно в расчетных условиях. Их динамический диапазон, диапазон, в котором они работают эффективно, обычно ниже, чем у клапанных тарелок.

2. Клапанные тарелки: Эти тарелки оснащены подвижными клапанами, закрывающими проходы для пара. Клапаны поднимаются по мере увеличения потока пара, изменяя открытую площадь. Такая конструкция обеспечивает стабильную работу в более широком диапазоне скоростей испарения с типичным диапазоном регулирования от 3:1 до 4:1 по сравнению с примерно 2:1 для ситчатых тарелок. Тарелки с клапанами менее склонны к запотеванию (протеканию жидкости через тарелку) при низкой скорости испарения.

3. Тарелки с пузырьковой крышкой: Каждый проход для пара на этих лотках представляет собой «барботажную крышку», цилиндрическую крышку, установленную над стояком. Пар вынужден двигаться вниз через кольцевое пространство между стояком и крышкой и, наконец, рассеивается под юбкой крышки. Хотя в новых конструкциях в основном заменены ситчатыми и клапанными тарелками из-за более высокой стоимости и большего перепада давления, тарелки с пузырьковыми крышками очень эффективны в предотвращении растекания и до сих пор используются в приложениях с очень низкой скоростью испарения.

Гидравлические и эксплуатационные параметры

Работоспособность лотка определяется несколькими взаимосвязанными гидравлическими явлениями:

• Вытекание: Утечка жидкости через паровые каналы лотка вместо перетекания через выпускную перегородку. Это становится существенным при низких скоростях испарения и снижает эффективность тарелки.

• Унос: перенос капель жидкости из одного лотка в лоток, расположенный выше, паром. Это происходит при высоких скоростях пара и также снижает эффективность. Точка чрезмерного уноса часто определяет верхний предел производительности, или «струйное затопление».

• Падение давления на тарелке: это разница давлений на одной тарелке, обычно составляющая от 50 до 150 Па для ситовой тарелки при нормальной работе. Это сумма сухого падения давления (пар через отверстия) и гидравлического напора жидкости на тарелке.

• Нагрузка на перегородку и высота пены: Выходная перегородка поддерживает уровень жидкости или высоту пены в активной зоне тарелки. Высота водослива обычно колеблется от 25 мм до 100 мм. Скорость потока жидкости на единицу длины перегородки (нагрузка перегородки) влияет на высоту пены и время пребывания жидкости на тарелке.

Проектные и инженерные соображения

Проектирование тарелок колонок предполагает тщательный баланс параметров для удовлетворения конкретных требований процесса:

• Эффективность: эффективность лотка, часто выражаемая эффективностью Мерфри, может варьироваться от 50% до 90% в зависимости от физических свойств системы, геометрии лотка и условий эксплуатации.

• Производительность: Максимальная паропроницаемость часто определяется точкой затопления струи, которую можно спрогнозировать с использованием таких факторов, как параметр потока и корреляции производительности (например, уравнение Содерса-Брауна).

• Выбор материала: Лотки изготавливаются из материалов, подходящих для технологической среды, обычно из углеродистой стали или нержавеющей стали (SS304, SS316L). Для высококоррозионных работ могут использоваться более экзотические сплавы или углеродистая сталь со специальным покрытием.

Такие специалисты, как Wangdu (Hebei) Chemical Engineering Co., LTD, используют данные моделирования процессов и проверенные методы гидравлического расчета для проектирования тарелок, которые обеспечивают требуемую производительность разделения, сохраняя при этом стабильную работу во всем ожидаемом диапазоне регулирования.

Заключение

Тарелки — это хорошо зарекомендовавшая себя и универсальная технология для поэтапного разделения в колоннах химических процессов. Выбор между ситовыми, клапанными и колпачковыми тарелками включает техническую оценку факторов, включая требуемый диапазон регулирования, склонность к загрязнению, эффективность и стоимость. Прочная конструкция тарелки, спроектированная и изготовленная в соответствии с точными спецификациями, имеет основополагающее значение для надежной и эффективной работы дистилляционных и абсорбционных колонн.

Ссылка

1. Кистер, Х.З. (1992). Проект дистилляции . МакГроу-Хилл.

2. Либерман, Н.П., и Либерман, ET (2008). Рабочее руководство по технологическому оборудованию (3-е изд.). МакГроу-Хилл.

3. Перри Р.Х. и Грин Д.В. (ред.). (2019). Справочник инженеров-химиков Перри (9-е изд.). МакГроу-Хилл. (разделы 14 и 15).

4. Сидер, Дж.Д., Хенли, Э.Дж. и Ропер, Д.К. (2011). Принципы процесса разделения (3-е изд.). Джон Уайли и сыновья.

5. Стандарты технического проектирования и рекомендации по изготовлению от Wangdu (Hebei) Chemical Engineering Co., LTD.