Колпачковые тарелки можно изготовлять из чугуна, меди, керамики, углеграфита, пластмасс и др.

Тарелки с капсульными колпачками имеют относительно высокий КПД (0,75-0,80) и работают в широком диапазоне производительностей по газу. Их можно использовать при нестабильных нагрузках по жидкости и пару. Для этих тарелок F > 1 (м/с)/(кг/м³)⁰⁵, а гидравлическое сопротивление, зависящее от глубины погружения колпачка, не превышает 1 кПа. К недостаткам этих тарелок следует прежде всего отнести значительные металлоемкость и трудоемкость изготовления.

В ректификационных аппаратах нефтеперерабатывающих производств используют тарелки с туннельными колпачками (рис. 14.5). Такие тарелки собирают из штампованных желобов /, уложенных по ходу жидкости на опорные уголки 2 и накрытых колпачками 3 так, что между ними образуются паровые каналы. Для равномерного распределения пара колпачки в нижней части имеют трапецеидальные прорези. Колпачки крепят на полотне тарелки шпильками 4. Для равномерного распределения жидкости на тарелке сливную планку 5 также выполняют с прорезями.

Основное преимущество этих тарелок - небольшое число колпачков и возможность их очистки. Остальные показатели этих тарелок низкие, поэтому в настоящее время их заменяют более современными контактными устройствами.

В настоящее время в нефтеперерабатывающих колоннах используют и тарелки с S-образными элементами 1 (рис. 14.6), установленными перпендикулярно направлению движения жидкости на тарелке. Для того, чтобы закрыть каналы с торцов и увеличить жесткость тарелки, между S-образными элементами устанавливают пластины 2.

В зависимости от диаметра аппарата такие тарелки бывают одно- и многосливными. Характерная особенность этих тарелок состоит в том, что пар выходит из контактных элементов в на-правлении движения жидкости. Это способствует уменьшению разностей уровней жидкости на тарелке у сливной и переливной перегородок.

Металлоемкость тарелок с S-образными элементами почти вдвое меньше, а производительность на 20-30 % больше по сравнению с тарелками с капсульными колпачками. Эффективность сравниваемых тарелок примерно одинаковая (КПД равен 0,6-0,8).

Оптимальная нагрузка по газу для этой тарелки на, 10-25 % меньше, чем для колпачковой. Для повышения  диапазона устойчивой работы и производительности таких тарелок S-образные элементы (рис. 14.7) снабжают прямоточными клапанами прямоугольной формы, размещенными на верхней площадке S-образного элемента. Для увеличения жесткости тарелки устанавливают пластины. По производительности эти тарелки примерно на 10 % превосходят клапанные прямоточные.

Клапанные тарелки также широко применяют в нефтехимической промышленности. Основные преимущества этих тарелок - способность обеспечить эффективный массообмен в большом интервале рабочих нагрузок, несложность конструкции, низкая металлоемкость и невысокая стоимость. Клапанные тарелки изготовляют с дисковыми и прямоугольными клапанами;

работают тарелки в режиме прямоточного или перекрестного движения фаз. В отечественной промышленности наиболее распространены клапанные прямоточные тарелки с дисковыми клапанами. На клапанной прямоточной тарелке (рис. 14.8) в шахматном порядке расположены отверстия, в которых установлены саморегулирующиеся дисковые клапаны диаметром 50 мм, способные подниматься при движении пара (газа) на высоту до 6-8 мм.

Дисковый клапан снабжен тремя направляющими, располо-женными в плане под углом 45°; две из этих направляющих имеют большую длину. Кроме того, на диске клапана штамповкой вы-полнены специальные упоры, обеспечивающие начальный зазор между диском и тарелкой; это исключает возможность <прилипания> клапана к тарелке (рис. 14.8, а, положение 1). При небольшой производительности по пару поднимается легкая часть клапана (рис. 14.8, положение //) и пар выходит через щель между клапаном и полотном тарелки в направлении, противоположном направлению движения жидкости по тарелке. С увеличением скорости пара клапан поднимается и зависает над тарелкой (рис. 14.8, положение ///); теперь пар барботирует в жидкость через кольцевую щель под клапаном. При дальнейшем увеличении производительности по пару клапан занимает положение, при котором пар выходит в направлении движения жидкости, уменьшая разность уровней, жидкости на тарелке (рис. 14.8, положение IV). При этом короткая направляющая фиксируется в специальном вырезе на кромке отверстия, обеспечивая заданное положение клапана при его подъеме.

Эффективность клапанных прямоточных тарелок (КПД) 0,70- 0,85, F < 2,5 (м/с)/ (кг/м³)°⁵, диапазон устойчивой работы 3,5. В области саморегулируемой работы тарелки обладают относительно небольшим гидравлическим сопротивлением.

Клапанная тарелка со штампованными клапанами цилиндрической формы содержит клапана, лежащие на полотне тарелки, и представляющие собой часть цилиндра с ограничителями подъема. Клапан расположен в гнезде, имеющем отогнутую полку. Масса клапана, его конфигурация и положение центра тяжести подобраны так, что при достижении определенной скорости пара клапан перекатывается по поверхности отогнутой полки. При этом между плоскостью тарелки и клапаном образуется щель, через которую в направлении слива жидкости выходит пар. При значительной производительности по пару клапан поднимается и зависает над тарелкой.

В жалюзийно-клапанной тарелке щель для входа газа на тарелку образуется при повороте плоских клапанов-жалюзей вокруг их оси, укрепленной в рамке.

Ситчатые и решетчатые тарелки. Ситчатые тарелки со сливным устройством применяют в колонных аппаратах диаметром 400-4000 мм при расстоянии между тарелками от 200 мм и более. Основной элемент таких тарелок - металлический диск с отверстиями диаметром 2-6 мм, расположенными по вершинам равносторонних треугольников (рис. 14.9).

В колоннах диаметром более 800 мм тарелки состоят из отдельных секций. По креплению секций тарелки к корпусу и устройству переливов такие колонны аналогичны аппаратам с колпачковыми и клапанными тарелками. Преимущество ситчатой тарелки - большое свободное (т. е. занятое отверстиями) сечение тарелки, а следовательно, и высокая производительность по пару, простота изготовления, малая металлоемкость. По производительности по пару (газу) эти тарелки на 30-40 % превосходят колпачковые. Недостаток - высокая чувствительность к точности установки. Аппараты с ситчатыми тарелками не рекомендуется использовать для работы на загрязненных средах; это может вызвать забивание отверстий.

 

 

Для уменьшения гидравлического сопротивления и расширения диапазона устойчивой работы ситчатых тарелок их комбинируют с клапанными устройствами; в результате повышается эффективность работы тарелки при малой и большой производительности по пару. При малых нагрузках тарелка работает как обычная ситчатая, с увеличением нагрузки открывается клапан, между клапаном и тарелкой образуется щель, откуда под некоторым углом к горизонтали выходит пар, обеспечивая перемещение жидкости по тарелке в направлении слива и уменьшая разность уровней жидкости на тарелке. Ситчато-клапанная тарелка обеспечивает большой диапазон устойчивой работы при небольшом гидравлическом сопротивлении, что делает ее пригодной для процессов, протекающих под вакуумом.

Ситчатые тарелки с просечно-вытяжными отверстиями (рис. 14.10) используют в колонных аппаратах диаметром 1200- 4000 мм. Такие тарелки состоят из отдельных секций 1, изготовляемых из листа толщиной 2-3 мм с просечно-вытяжными отверстиями. Тарелка работает как струйная прямоточная. Для уменьшения брызгоуноса под углом 60° над тарелкой устанавливают отбойные элементы.

Свободное сечение тарелки, выбираемое из условия отсутствия <провала> жидкости, должно быть достаточно большим (не менее 30 % сечения колонны), чтобы тарелка обладала невысоким гидравлическим сопротивлением. Благодаря этому такие тарелки используют в вакуумных колоннах. Минимальное расстояние между тарелками в колонне 450 мм.

Ситчатые тарелки наиболее распространены в качестве контактных устройств ректификационных колонн воздухоразделительных установок, работающих при низкой температуре. В аппаратах небольшого диаметра применяют S-образные ситчатые тарелки (рис. 14.11). Такая тарелка представляет собой перфорированный лист 1, к которому припаяна S-образная перегородка 3, делящая тарелку на две части. Стекающая с верхней тарелки жидкость через прорези в сливном стакане 2 и далее через переливную перегородку 5 поступает на тарелку и движется в направлении, указанном стрелками, контактируя с паром, поднимающимся через отверстия в листе 1. Подойдя к перегородке 3 с другой стороны, жидкость стекает на следующую тарелку через сливную перегородку 4 и сливной стакан.

Решетчатые провальные тарелки используют в установках, рабочая производительность которых отклоняется от расчетной не более чем на 25 %.

К преимуществам этих тарелок следует, прежде всего, отнести простоту конструкции и малую металлоемкость. Кроме того, тарелки имеют большую пропускную способность по жидкости и, при достаточной ширине щели, могут быть использованы для обработки загрязненных жидкостей, оставляющих осадок на тарелке. По эффективности решетчатые провальные тарелки обычно не уступают тарелкам с переливом. К недостаткам относятся, узкий диапазон устойчивой работы и сложность обеспечения равномерного распределения орошения по поверхности тарелок в начале процесса.

Конструктивно тарелка представляет собой плоский, перекрывающий все сечение колонны диск с выштампованными в нем прямоугольными щелями, уложенный на опорную конструкцию. Обычно площадь прорезей составляет 10-30 % всей площади тарелки. Прорези (как правило, размерами 4x60 мм) располагаются на поверхности тарелки с шагом t = 10 ... 36 мм.

При работе колонны под давлением поступающих паров на полотне тарелки создается слой жидкости, через которую барботирует пар. При этом часть жидкости протекает через прорези на расположенную ниже тарелку. Прорези работают периодически: места стока жидкости и прохода пара произвольно перемещаются по полотну тарелки.