НЕФТЕПЕРЕРАБОТКА

Тарельчатые колонны

В абсорбционных и ректификационных колонных аппаратах используются тарелки разных конструкций (клапанные, колпачковые, провальные, струйные и т. п.), существенно отличающиеся по своим эксплуатационным характеристикам и ТЭПам. Выбирая конструкцию контактного устройства учитываются как их массообменные и гидродинамические характеристики, так и показатели экономической эффективности работы колонного аппарата при использовании выбираемого типа контактных устройств.

На момент времени в промышленной практике применяются сотни разнообразных конструкций тарелок, классифицируемые по:

• способу взаимодействия паровой (газовой) и жидкой фаз;
• конструкции устройства для подачи газа (пара) в жидкость;
• способу попадания жидкости с тарелки на тарелку;
• характеру распределения взаимодействующих фаз

По способу передачи жидкой фракции различают тарелки провальные и со специальными переточными устройствами. У тарелок со специальными переливными устройствами переток жидкости с тарелки на тарелку происходит отдельно от парового потока через специальные каналы.

В зависимости от производительности по жидкости и технологического предназначения колонного аппарата переток жидкой фазы может происходить одним, двумя и более потоками. Используя тарелки с большим количеством потоков необходимо принимать во внимание, что при этом сокращется протяженность пути жидкости на контактном устройстве и, в результате, уменьшается эффективность массопередачи. Колонна секционируется на несколько независимых отсеков, что исключает возможность перераспределения паровой фазы по сечению аппарата в-целом и работа тарелок становится менее равномерной.

Схемы организации движения потока жидкости на тарелках с переливными устройствами:
однопоточная	двухпоточная	трёхпоточная	четырехпоточная

Каскадная схема организации движения потока жидкости на тарелках с переливными устройствами В границах полотна тарелки поток жидкости может быть направлен по горизонтальной плоскости или немного наклоненной по направлению слива как в едином уровне, так и каскадом. Использование каскадных тарелок дает возможность уменьшить градиент уровня жидкой фазы, что позволяет в колоннах большого диаметра повысить эффективность работы тарелок. Однако при каскадной схеме движения жидкости увеличивается межтарельчатое расстояние и конструкция полотна усложняется.

Тарелка в переливными трубами
	При низких нагрузках по жидкой фазе принято использовать переливные трубы (рисунок слева) или специальные конструкции переливов с кольцевым движением жидкости на тарелке (рисунок справа). В последнем случае обечайка колонны и полотно тарелки разделяются вертикальной перегородкой на 2 части, что даёт возможность уменьшить протяженность сливной перегородки в 2 раза и увеличить производительность по жидкой фазе на единицу протяженности сливной перегородки.
	Тарелка с кольцевым движением жидкости на тарелке

Тарелка NYE фирмы «Glitsch» Стремление к повышению производительности колонного аппарата по паровой фазе стало причиной разработки переливных устройств, которые оснащены в месте ввода жидкой фазы на тарелку ещё одной горизонтальной перегородкой, под которой размещены контактные элементы (отверстия, клапаны и т. д.). Подобный конструктив сокращает «мертвые» зоны под карманом дл слива, что дает возможность увеличить нагрузку колонны на 10...20%.

Многосливная тарелка фирмы «Union Carbide Corp.»
	Конструкции тарелок, которые приведены на рисунках (слева и справа), оборудованы специальными переливными устройствами, которые распределены по полотну и не доходят до тарелки, располагающейся ниже. Использование подобных тарелок обосновано при повышенных нагрузках по жидкой фазе. Тарелки с 2-мя зонами контакта фаз (рисунок справа) обеспечивают взаимодействие жидкой и паровой фаз как в барботажном слое на поверхности тарелки, так и в ниспадающих с тарелки струях, что повышает показатель эффективности массопередачи.
	Тарелка с двумя зонами контакта фаз

Cхемы движения пара и жидкости в контактной зоне тарелки

Основные схемы движения пара и жидкости в контактной зоне тарелки: а - перекрестный ток; б - перекрестный прямоток; в - противоток; г - прямоток

Контакт между жидкостью и паром осуществляется в основном по схемам перекрестного тока (тарелки с устройствами перелива) (рисунок [а]) или противотока (провальные тарелки) (рисунок [в]). В последние годы распространены перекрестно-прямоточные контактные устройства, которые используют сочетание перекрестного тока и прямотока в зоне межфазного контакта, что в совокупности обеспечивает повышенные показатели по нагрузке и эффективности (рисунок [б]). Скоростные прямоточные тарелки (рисунок [г]) обеспечивают взаимодествие паровой и жидкой фаз в закрученном восходящем потоке.

Тарелки барботажного типа

По характеру распределения контактирующих фаз различаются тарелки и струйногобарботажного типов. На тарелках газ (пар), распределяясь на струи и мелкие пузырьки, с высокой скоростью проходит сквозь слой жидкофазный слой. Газожидкостная система, которая при этом образуется называется пеной. Режим контактирования фаз, когда паровая фаза является распределенной, а жидкая фаза сплошной, носит название барботажного, а тарелки, на которых этот процесс реализуется - барботажными. У барботажных тарелок детали контактных устройств (клапаны, колпачки, отверстия) организуют в слое жидкой фазы движение паровой фазы почти вертикально. Барботажный режим осуществим при сравнительно небольших скоростях паровой фазы.

Тарелки барботажного типа могут иметь стесненное или свободное зеркало барботажа.

У тарелок, имеющих стесненное зеркало барботажа часть поверхности жидкой фазы, через которую паровая фаза попадает в межтарельчатую полость, занята контактными устройствами - круглыми или желобчатыми колпачками (около 40 - 75 %), из-за чего площадь для прохода паровой фазы из жидкости ограничена 25-60 % рабочей поверхности тарелки.

У тарелок, имеющих свободное зеркало барботажа устройства для подачи паровой фазы в жидкую установлены практически вровень с полотном тарелки (клапаны, отверстия и т.п.), благодаря чему паровая фаза может попадать из слоя жидкой фазы в межтарельчатую полость практически на любом участке барботажного слоя. Площадь для прохода паровой фазы из жидкой в подобном случае достигает 70-90 % рабочей поверхности тарелки.

При высоких скоростях паровой фазы распределенной фазой становится жидкая среда, а газ (пар) - обретает сплошной характер. Межфазное взаимодействие происходит на поверхности струй и капель жидкости, котоыре движутся в межтарельчатой полости с высокой скоростью. Подобный режим называется струйным, а контактные устройства, работающие по такому принципу межфазного взаимодействия - струйными.

При струйном режиме взаимодействие между паровой (газовой) и жидкой фазами происходит в прямотоке. Следует отметить, что при организации чистого прямоточного движения взаимодействующих фаз, невзирая на значительное увеличение производительности колонны, эффективность подобного взаимодействия в рамках единичного контактного элемента чаще всего мала и лимитируется условиями установления равновесия на выходе из области зоны взаимодействия, где происходит прямоток фаз. Для увеличения суммарной эффективности межфазного взаимодействия используют разнообразные способы компенсации (локализации) прямотока.