Материал: Аппаратура процессов разделения гомогенных и гетерогенных систем

пузырьков, а это, в свою очередь, существенно повышает площадь поверхности контакта фаз.

Рис. 15. Схема работы ситчатой переливной тарелки:

1 – тарелки; 2 – барботажный слой (пена); 3 – поток жидкости; 4 – поток газа; 5 – переливной порог; 6 – гидрозатвор

Переливные устройства, которыми снабжены переточные тарелки, в обязательном порядке имеют два элемента: переливной порог 5 и гидрозатвор 6. Переливной порог необходим для удерживания барботажного слоя на тарелке. При монтаже колонны высоту переливного порога можно отрегулировать, задав тем самым высоту барботажного слоя на тарелке. Гидрозатвор препятствует

16

движению газа через переливное устройство. В некоторых случаях роль гидрозатвора может играть сам барботажный слой.

Колонные аппараты с тарельчатыми контактными устройствами – это противоточные аппараты со ступенчатым контактом фаз. Большая поверхность массопередачи развивается на тарелках за счёт большого количества пузырей в газожидкостном слое.

Работа тарелок происходит в пенном режиме. Струи газа, выходящие из отверстий тарелки, на некотором расстоянии от места истечения разрушаются с образованием большого числа пузырьков. При этом на тарелке образуется газожидкостная система – пена, которая является нестабильной и быстро разрушается после прекращения подачи газа. Поверхность контакта фаз при пенном режиме наибольшая, поэтому пенный режим обычно является наиболее рациональным режимом работы тарелок. Гидродинамические режимы работы провальных тарелок специфичны тем, что нормальная их работа возможна только после достижения определённой скорости газа. При низких скоростях газа жидкость на тарелке не задерживается (проваливается) и тарелка не работает. При достижении определённой скорости газа на тарелке появляется слой жидкости, и она вступает в пенный режим работы.

Таким образом, тарелки классифицируют по способу передачи жидкости на провальные и переливные (рис. 16). В свою очередь, переливные тарелки можно подразделить по характеру взаимодействия газового и жидкостного потоков на тарелки барботажного и тарелки капельного типов. На барботажных тарелках сплошной фазой служит жидкость, а дисперсной – газ. На эжекционных тарелках дисперсная фаза – жидкость, сплошная – газ; потоки взаимодействуют в прямоточном режиме на поверхности капель и жидкостных струй, взвешенных в газовом потоке. Провальные тарелки такого разделения не имеют, все являясь барботажными, поскольку осуществить эжекционный режим на тарелках без переливных устройств затруднительно.

На отверстия в тарелках зачастую устанавливают дополнительные устройства (клапаны, колпачки и т.п.), призванные улучшить диспергирование одной из фаз либо предотвратить стекание жидкой фазы через отверстия (для переливных тарелок). По виду этих устройств, а также форме отверстий проводят классификацию тарелок (рис. 16). В химической, нефтехимической, нефтеперерабатывающей отраслях промышленности наиболее распространены ситчатые,

17

колпачковые и клапанные тарелки (переливные), а также решетчатые (провальные).

Тарельчатые контактные устройства

Провальные Переливные (переточные)

Провальные барботажные тарелки

Наиболее распространённый в промышленности вид провальных барботажных тарелок – решетчатые тарелки. Решетчатые тарелки (рис. 17) имеют отверстия в виде фрезерованных или штампованных щелей шириной 3–8 мм. Решетчатые тарелки малого диаметра (до 800 мм) изготавливают из одного листа (рис. 17, а), решетчатые тарелки большого диаметра (от 1000 мм) изготавливают из нескольких листов, крепящихся обычно на уголковые балки

(рис. 17, б).

Достоинства решётчатых провальных тарелок:

1)низкая стоимость и простота изготовления, по сравнению с другими тарелками;

2)невысокое гидравлическое сопротивление по газовой фазе, по сравнению с переливными тарелками;

18

3) ограничение по минимальному расходу жидкости не столь жёсткое, как у насадочных аппаратов.

Недостатки решётчатых провальных тарелок:

1)для стабильной работы требуются значительные расходы газовой фазы, при низком расходе газа, жидкость быстро стекает через отверстия (проваливается) и барботажный слой на тарелке не образуется;

2)меньшая площадь поверхности контакта фаз, по сравнению с переливными тарелками, что вызвано большим размерами пузырьков барботажного слоя из-за большего размера отверстий.

Провальные тарелки востребованы в абсорбции в тех случаях, когда по каким-то причинам невозможно использование насадочных аппаратов.

Рис. 17. Схема решетчатых провальных тарелок:

а – малого диаметра; б – большого диаметра

19

Ситчатые переливные тарелки Ситчатые переливные тарелки (рис. 15, 18) являются довольно распро-

странённым в химической промышленности типом переливных тарелок. Ситчатые тарелки имеют выштампованные отверстия диаметром 2–8 мм. Малый диаметр отверстий приводит к тому, что жидкость уже не способна двигаться через них навстречу газу, поэтому для стока жидкости предусмотрены переливные устройства. Отверстия размещены по вершинам равносторонних треугольников, что позволяет получить максимальное число отверстий на единице площади. Уровень барботажного слоя поддерживается порогом переливного устройства 5. Конструкцией тарелок обычно предусмотрена возможность регулирования высоты переливного порога при монтаже тарелок. Нижний край переливной перегородки находится ниже уровня барботажного слоя, благодаря этому возникает гидрозатвор 6, препятствующий движению газа через переливное устройство. Высота барботажного слоя не всегда бывает достаточной для образования гидрозатвора, для этого случая в конструкции некоторых тарелок предусмотрена дополнительная перегородка гидрозатвора, как это показано на рис. 15.

Рис. 18. Внешний вид ситчатых тарелок

Достоинства ситчатых переливных тарелок:

1)большая площадь поверхности контакта фаз, по сравнению с провальными тарелками и насадочными аппаратами;

2)больший интервал рабочих скоростей газа, по сравнению с провальными тарелками;

20