Колонна стабилизации первичной переработки нефти

Рисунок 4 – Конструкции форсунок

 

В полых распыливающих аппаратах скорость нельзя значительно повысить, так как это вызвала бы унос с ним большей части распыленной жидкости. В случае прямотока газа и жидкости процесс проводят при больших скоростях газа (20-30 м/с и выше), причем вся жидкость уносится с газом (паром) и отделяется от него в отдельном сепарационном устройстве.

 

Барботажные (тарельчатые) колонны

Тарельчатые колонны представляют собой вертикальные колонны, внутри которых на определённом расстоянии размещены горизонтальные перегородки-тарелки. С помощью тарелок осуществляется направленное движение фаз и многократное взаимодействие жидкости и пара.

В настоящее время в  промышленности применяются разнообразные  конструкции тарельчатых аппаратов. По способу слива жидкости с тарелок  барботажные колонны можно подразделить: с тарелками со сливными устройствами, с тарелками без сливных устройств.

 

Тарельчатые колонны  со сливными устройствами

В этих колоннах перелив  жидкости с тарелки на тарелку  осуществляется при помощи специальных  устройств – сливных трубок. Нижние концы трубок погружены в стакан на нижерасположенных тарелках и  образуют гидравлические затворы, исключающие  возможность прохождения газа через  сливное устройство.

Принцип работы такого аппарата очевиден из рисунка 5. Жидкость поступает  на верхнюю тарелку 1, сливается с  тарелки на тарелку через переливные устройства 2 и удаляется из нижней части колонны. Пар поступает  в нижнюю часть аппарата, проходит последовательно сквозь отверстия  и колпачки каждой тарелки. При этом пар распределяется в виде пузырьков  и струй в слое жидкости на тарелке, образуя на ней слой пены, являющийся основной областью массообмена и теплообмена на тарелке.

1 – тарелка; 2 – сливные устройства 

Рисунок 5 – Тарельчатая колонна  со сливными устройствами

Переливные трубки располагают  на тарелках таким образом, чтобы  жидкость на соседних тарелках протекала  в противоположных направлениях. За последнее время всё шире применяют  сливные устройства в виде сегментов, вырезанных в тарелке и ограниченных порогом – переливом.

К тарелкам со сливными устройствами относятся: ситчатые, колпачковые, клапанные, балластные, пластинчатые.

Ситчатые тарелки (рисунок 6) представляет собой вертикальную цилиндрическую колонну 1 с горизонтальными тарелками 2, в которых равномерно по всей поверхности просверлено значительное число отверстий диаметром 1…5 мм. Для слива жидкости и регулирования её уровня на тарелке служат переливные трубки 3, нижние концы которых погружены в стакан 4.

а – схема устройства колонны; б  – схема работы колонны;

1 – корпус; 2 – тарелка; 3 – переливная  труба; 4 – стакан 

Рисунок 6 – Ситчатая колонна

 

Газ проходит сквозь отверстия  тарелки и распределяется в жидкости в виде мелких струек и пузырьков. При достаточно малой скорости газа жидкость может просачиваться через отверстия тарелки на нижерасположенную тарелку, что чревато существенным снижением интенсивности массопередачи. Поэтому газ должен двигаться с определённой скоростью и иметь давление, достаточное для того, чтобы преодолеть давление слоя жидкости на тарелке и предотвратить стекание жидкости через отверстия в тарелке.

Ситчатые тарелки отличаются простотой устройства, лёгкостью монтажа, осмотра и ремонта. Ситчатые тарелки устойчиво работают  в довольно широком интервале скоростей газа, причём в определённом диапазоне нагрузок по газу и жидкости эти тарелки обладают высокой эффективностью. Вместе с тем ситчатые тарелки чувствительны к загрязнениям и осадкам, которые забивают отверстия тарелок. В случае внезапного прекращения поступления газа или значительного снижения его давления с ситчатых тарелок сливается вся жидкость, и для возобновления процесса требуется вновь запускать колонну.

Колпачковые тарелки менее чувствительны к загрязнениям, чем колонны с ситчатыми тарелками, и отличаются более высоким интервалом устойчивой работы (рисунок 7). Газ на тарелку 1 поступает по патрубкам 2, разбиваясь затем прорезям колпачка 3 на большое число отдельных струй. Прорези колпачков наиболее часто выполняются в виде зубцов треугольной или прямоугольной формы. Далее газ проходит через слой жидкости, перетекающей по тарелке от одного сливного устройства 4 к другому. При движении через слой значительная часть мелких струй распадается, и газ распределяется в жидкости в виде пузырьков. Интенсивность образования пены и брызг на колпачковых тарелках зависит от скорости движения газа и глубины погружения колпачка в жидкость.

На рисунке 8 показана схема  работы колпачка при неполном (а) и  полном (б) открытии прорезей, причём в  последнем случае колпачок работает наиболее эффективно.

1 – тарелка; 2 – газовые патрубки;                    

3 – колпачки; 4 – сливные трубки

Рисунок 7 – Схема работы колпачковой  тарелки 

1 – тарелка; 2 – колпачок; 3 –  газовый патрубок

 Рисунок 8 – Схема работы колпачка при        неполном (а) и полном (б)

открытии прорезей

 

Сечение и форма прорезей колпачка имеют второстепенное значение, но желательное устройство узких  прорезей, так как при этом газ  разбивается на более мелкие струйки, что способствует увеличению поверхности соприкосновения фаз. Для создания большей поверхности контакта фаз на тарелках обычно устанавливают значительное число колпачков, расположенных на небольшом расстоянии друг от друга.

Колпачковые тарелки изготавливают с радиальным или диаметральным переливами жидкости. Тарелка с радиальным переливом жидкости (рисунок 9 а) представляет собой стальной диск 1, который крепится на прокладке 2 болтами 3 к опорному кольцу 4. Колпачки 5 расположены на тарелке в шахматном порядке. Жидкость переливается на лежащую ниже тарелку по периферийным сливным трубкам 6, движется к центру и сливается на следующую тарелку по центральной трубке 7, затем снова течёт к периферии и т.д.

а – радиальный перелив: 1 – диск; 2 – прокладка; 3 – болты; 4 – опорное  кольцо; 5 – колпачки; 6 – перефирийные переливные трубки; 7 – центральная  сливная трубка; б – диаметральный  перелив: 1 – диск; 2 – опорный  лист; 3 – приёмный порог; 4 – сливной  порог; 5 – сменная гребёнка; 6 –  перегородка; 7 – колпачки

Рисунок 9 – Колпачковая тарелка  с различными переливами жидкости:

 

Тарелка с диаметральным  переливом (рисунок 9 б) представляет собой  срезанный с двух сторон диск 1, установленный  на опорном листе 2. С одной стороны  тарелка ограничена приёмным порогом 3, а с другой – сливным порогом 4 со сменной гребёнкой 5, при помощи которой регулируется уровень жидкости на тарелке. В тарелке этой конструкции  периметр слива увеличен путём замены сливных трубок сегментообразными отверстиями, ограниченными перегородками 6, что снижает вспенивание жидкости при её переливе.

Колпачковые тарелки устойчиво работают при значительных изменениях нагрузок по газу и жидкости. К их недостаткам следует отнести сложность устройства и высокую стоимость, низкие предельные нагрузки по газу, относительно высокое гидравлическое сопротивление, трудность очистки. Поэтому колонны с колпачковыми тарелками постепенно вытесняются новыми, более прогрессивными конструкциями тарельчатых аппаратов.

Клапанные и  балластные тарелки. Такие тарелки получают в последнее время всё более широкое распространение, особенно для работы в условиях значительно меняющихся скоростей газа.

Принцип действия клапанных  тарелок (рисунок 10 а, б) состоит в  том, что свободно лежащий над  отверстием в тарелке клапан 1 с  изменением расхода газа своим весом  автоматически регулирует величину площади зазора между клапаном и  плоскостью тарелки для прохода  газа и тем самым  поддерживает постоянную скорость газа при его  истечении в барботажныйслой. При этом с увеличением скорости газа в колонне гидравлическое сопротивление клапанной тарелки увеличивается незначительно. Высота подъёма клапана ограничивается высотой кронштейна-ограничителя 2 и обычно не превышает 8 мм. Пластинчатые клапаны (рисунок 8 в) работают так же, как и круглые. Они имеют форму неравнобокого уголка, одна из полок которого (более длинная) закрывает прямоугольное отверстие в тарелке. Круглые клапаны имеют диаметр 45¸50 мм, отверстия под клапаном делают диаметром 35¸40 мм при шаге между ними 75¸150 мм. Высота подъёма клапанов 6,5¸8 мм.

а, б – с круглыми клапаннами; в – с пластинчатым клапаном; г – балластная; 1 – склапан; 2 – кронштейн-ограничитель; 3 – балласт

Рисунок 10 – Клапанные  тарелки

 

Балластные тарелки (рисунок 10 г) отличаются по устройству от клапанных  тем, что в них между лёгким круглым клапаном 1 и кронштейном-ограничителем 2 установлен на коротких стойках, опирающихся  на тарелку, более тяжёлый, чем клапан, балласт 3. Клапан начинает подниматься при небольших скоростях газа. С дальнейшим увеличением скорости газа клапан упирается в балласт и затем поднимается вместе с ним. Балластные тарелки отличаются более равномерной работой и полным отсутствием провала жидкости во всём интервале скоростей газа.

 Достоинства клапанных  и балластных тарелок: сравнительно  высокая пропускная способность  по газу и гидродинамическая  устойчивость, постоянная и высокая  эффективность  в широком интервале  нагрузок по газу. Последнее достоинство  является особенностью этих тарелок  по сравнению с тарелками других  конструкций. К недостаткам таких  тарелок следует отнести их  повышенное гидравлическое сопротивление,  обусловленное весом клапана  и балласта.

Пластинчатые  тарелки. В отличие от тарелок рассмотренных выше, пластинчатые тарелки работают при однонаправленном движении фаз, т.е каждая ступень работает по принципу прямотока, что позволяет резко повысить нагрузки по газу и жидкости, в то время как колонна в целом работает с противотокам фаз. В колонне с пластинчатыми тарелками (рисунок11) жидкость (движение которой показано на рисунке сплошными стрелками) поступает с вышележащей тарелки в гидравлический затвор 1 и через переливную перегородку 2 попадает на тарелку 3, состоящую из ряда наклонных пластин 4. Дойдя до первой щели, образованной наклонными пластинами, жидкость встречается с газом (пунктирные стрелки), который с большей скоростью проходит сквозь щели.  Вследствие небольшого угла наклона пластин (10¸15°) газ выходит на тарелку в направлении, близком к параллельному по отношению к плоскости тарелки. При этом происходит эжектирование жидкости, которая диспергируется газовым потоком на мелкие капли и отбрасывается вдоль тарелки к следующей щели, где процесс взаимодействия жидкости  и газа или пара повторяется. В результате жидкость с большей скоростью вдоль тарелки от переливной перегородки 2 к сливному карману 5.

Таким образом, пластинчатые тарелки работают так, что в отличие  от тарелок других конструкций жидкость является дисперсной фазой, а пар  – сплошной, и контактирование жидкости и пара осуществляется на поверхности капель и брызг.

Помимо работы пластинчатых тарелок в интенсивном капельном  режиме к числу их достоинств относятся: низкое гидравлическое сопротивление, возможность работы с загрязнёнными  жидкостями, низкий расход металла  при их изготовлении. На тарелках этого  типа продольное перемешивание жидкости, что приводит к увеличению движущей силы массопередачи. Недостатком пластинчатых тарелок являются: трудность отвода и подвода тепла, снижение эффективности при небольших расходах жидкости.

 

1 – гидравлический затвор; 2 –  переливная перегородка; 3 – тарелка; 4 – пластины; 5 – сливной карман

Рисунок 11 – Пластинчатая тарелка

 

Колонны с  тарелками без сливных устройств

В тарелке без сливных  устройств газ и жидкость проходят через одни и те же отверстия и  щели. На тарелке одновременно с  взаимодействием жидкости и газа путём барботажа происходит сток части жидкости на нижерасположенную тарелку – «проваливание» жидкости. Поэтому тарелки такого типа обычно называют провальными. К ним относятся дырчатые, решётчатые, трубчатые и волнистые тарелки.

Гидродинамические режимы работы этих тарелок можно установить на основе зависимости их гидравлического  сопротивления от скорости газа при  постоянной плотности орошения (рисунок 12).

1 – колонна; 2 – тарелки; 3 – распределитель жидкости

Рисунок 12 – Колонна с  тарелками без сливных устройств

 

При малых величинах скорости жидкость на тарелке не задерживается, так как мала сила трения между  фазами. С увеличением скорости газа жидкость начинает накапливаться на тарелке и газ барботирует сквозь жидкость. В интервале скоростей газа, соответствующих отрезку ВС , тарелка работает в нормальном режиме. При этом газ и жидкость попеременно проходят через одни и те же отверстия. Если скорость газа ещё больше возрастает, то, вследствие увеличения трения между газом и жидкостью, резко увеличивается накопление жидкости на тарелке и соответственно – её гидравлическое сопротивление, что способствует наступлению состояния захлёбывания (отрезок CD). При небольших расходах жидкости, большом свободном сечении тарелки и диаметре отверстий или щелей перелом в точке С отсутствует.

а – дырчатая; б – решётчатая;

1 – тарелка; 2 – отверстия; 3 – щели

Рисунок 13 – Провальные тарелки

 

Сначала должно быть упоминание рисунка  в тексте, затем следует сам  рисунок