Главная  Переработка нефти и газа 

Скачать эту книгу

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 [ 74 ] 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 116 117 118 119 120 121 122 123 124 125 126 127 128 129 130 131 132 133 134 135 136 137 138 139 140 141 142 143 144 145 146 147 148 149 150 151 152 153 154 155 156 157 158 159 160 161 162 163 164 165 166 167 168 169 170 171 172 173 174 175 176 177 178 179 180 181 182 183 184 185 186 187 188 189 190 191 192 193 194 195 196 197 198 199 200 201 202 203 204 205 206 207 208 209 210 211 212 213 214 215 216 217 218 219 220 221 222 223 224 225

Рис. VII-4. Схемы барботажных тарелок со стесненным (а) н свободным (б) зеркалом барбо-тажа. Зеркало барботажа заштриховано

При больших скоростях пара дисперсной фазой становится жидкость, а пар - сплошной фазой. Контакт между фазами осуществляется на поверхности капель и струй жидкости, движущихся в межтарельчатом пространстве с большой скоростью. Этот режим называется струйным, а контактные устройства, основанные на этом принципе взаимодействия фаз, - струйными.

При струйном режиме контакт между паром (газом) и жидкостью осуществляется в прямотоке. Необходимо отметить, что при реализации чистого прямоточного движения контактирующих фаз, несмотря на значительное повышение производительности аппарата, эффективность такого взаимодействия в пределах отдельного контактного элемента обычно невысока и ограничена условиями достижения равновесия на выходе из области контактной зоны, где осуществляется прямоток фаз. Для повышения общей эффективности взаимодействия контактирующих фаз прибегают к различным способам локализации (компенсации) прямотока.

В зависимости от конструкции устройств для ввода пара в жидкость различают ситчатые (дырчатые), колпачковые, клапанные, язычковые (чешуйчатые) и другие типы тарелок.

Направление ввода газа (пара) в жидкость и характер взаимодействия фаз в зоне контакта оказывают существенное влияние на производительность и эффективность работы тарелки, а также на зависимость эффективности тарелки от нагрузки по пару.

Для повышения производительности тарелки используют для контактирования фаз прямоток, а для повышения эффективности взаимодействия фаз предпочитают перекрестный ток или противоток. Оптимальное сочетание указанных характеристик обеспечивает реализацию наиболее высоких эксплуатационных показателей тарельчатых контактных устройств.

Оценка конструкций тарелок. При оценке конструкций тарелок обычно принимают во внимание следующие показатели: производительность; гидравлическое сопротивление Ар; эффективность г\ при разных

Щм/с

Рис. VII-5. Область устойчивой работы тарелки с переливными устройствами

рабочих нагрузках; диапазон рабочих нагрузок в условиях достаточно высокой эффективности; сопротивление одной теоретической тарелки (Ар/т]) при различных рабочих нагрузках; возможность работы на средах, склонных к полимеризации, образованию инкрустаций и т.п.; простоту конструкции, проявляющуюся в трудоемкости изготовления, монтажа, ремонтов; металлоемкость.

В большинстве случаев для оценки конструкции решающее значение имеют первые четыре показателя.

Важной характеристикой тарелки является диапазон рабочих нагрузок п = шн/шт. где и Wi„ - максимальная и минимальная допустимые скорости пара в колонне. Чем больше величина п, тем большие колебания нагрузок по жидкой и паровой фазам можно допустить в условиях эксплуатации аппарата с тем или иным типом контактных устройств.

На рис. VII-5 показана область устойчивой работы контактных тарелок с переливными устройствами. Максимально допустимая скорость пара в колонне (линия ВС) определяется величиной допустимого уноса жидкости, которая обычно принимается равной 10%. Линия AD определяет минимально допустимые скорости пара, соответствующие 10% провалу жидкости. Справа область устойчивой работы ограничена линией CD, которая соответствует максимальным нагрузкам по жидкости, соответствующим 85 % режима «захлебывания». Линия АВ определяет минимальные нагрузки по жидкости, при которых на тарелке обеспечивается устойчивый барботажный слой и отсутствует «проскок» пара. Нагрузки по пару и жидкости, соответствующие координатам любой точки внутри области, обеспечивают устойчивую работу аппарата.

Линия ОМ, соединяющая рабочую точку N с началом координат, называется рабочей линией процесса. Пересечение рабочей линии ОМ с прямыми, ограничивающими область устойчивой работы тарелки, позволяет определить максимальную и минимальную допустимую скорость пара в колонне.

Построение области устойчивой работы тарелки является одним из основных этапов гидравлического расчета тарелки. В инженерных методиках расчета используются эмпирические зависимости для построения области устойчивой работы, полученные при исследовании контактных устройств на экспериментальных стендах и модельных системах.

Ниже приведены усредненные данные по величинам рабочего диапазона нагрузок п для тарелок некоторых типов:

Колпачковая с круглыми колпачками................... 4-5

Струйная с вертикальными перегородками........ 3-3,5

Из S-образных элементов.......................................... 2,5

Решетчатые провального типа.................................. 2

Клапанные........................................................................ 4 и более

Поскольку величина эффективности ц зависит от изменения значения скорости паров VV, важной характеристикой работы контактной тарелки является диапазон ее эффективной работы = Н,ф.„.„/,фп.т. где W„ и Нэфп,1п ~ максимальная и минимальная скорости пара в колонне, соответствующие принятому значению эффективности г\. На рис. VII-6 приведены типичные кривые зависимости ц от W для основных типов тарелок.

У тарелок барботажного типа с переливными устройствами зависимость ц от W соответствует кривой 1, т. е. эффективность мало изменяется в широком интервале изменения нагрузок (обычно п,ф > 3). Кривая 2 характерна для тарелок с барботажным режимом работы в начале рабочего диапазона и прямоточным движением фаз в его конце, а также для барботажных тарелок провального типа. В этом случае реализация большого рабочего диапазона связана с существенной потерей эффективности тарелки по сравнению с максимальной. Кривая 5 характерна для тарелок с прямоточным движением фаз, имеющих максимальную эффективность в области больших скоростей пара. В этом случае широкий диапазон рабочих нагрузок может быть получен при относительно низкой эффективности.

Стремление при проектировании реализовать рабочую нагрузку колонны вблизи максимума эффективности может привести к тому, что на практике даже при наличии современных систем автоматизации колонна не сможет обеспечить заданное разделение фракций или производительность.

Устройство и работа барботажвой тарелки. Рассмотрим особенности работы барботажной тарелки на примере колпачковой тарелки с круглыми колпачками, схема которой приведена на рис. VII-7.

Жидкость поступает на полотно тарелки из переливного устройства (рис. VII-7, а) и течет от приточной стороны тарелки к сточной, при этом на тарелке возникает градиент уровня жидкости А. Стенка переливного устройства погружена в жидкость, находящуюся на нижележащей тарелке, что обеспечивает в колонне соответствующий гидравлический затвор, ис-

Рис. Vll-e. Кривые зависимости эффективности работы тарелки г] от скорости пара (газа) для тарелок с переливными устройствами: 1 - барботажная; 2 - барботажно-прямоточная; 3 - прямоточная (струйная)