Учебный вопрос № 1. Назначение и состав ректификационных колонн

Практическое занятие № 4. РЕКТИФИКАЦИОННЫЕ КОЛОННЫ

В ректификационных колоннах воздухоразделительных установок воздух или ранее выделенные из него смеси разделяются на целевые продукты (кислород, азот, аргон и др.) или концевые и промежуточные фракции (обога­щенная кислородом кубовая жидкость, аргонная фракция и др.). Концевые и промежуточные фракции, не являющиеся целевыми продуктами, поступают в последующие по технологической линии колонны или выводятся из уста­новки в качестве побочных продуктов.

В состав установок разделения воздуха может входить от одной до пяти-шести ректификационных колонн, назначение, условия работы и габариты которых различны. Основные (верхняя и нижняя) колонны имеют большие размеры и работают при наиболее низкой в установке температуре. Их кон­струкция существенно сказывается на габаритных размерах блока разделе­ния, потерях холода в окружающую среду через изоляцию и на удельном рас­ходе энергии, а также на удельных металлозатратах на единицу продукта (или перерабатываемого в установке воздуха). Гидравлическое сопротивле­ние верхней колонны влияет на удельный расход энергии в установках низ­кого давления.

При форсировании установок пропускная способность и эффективность действия ректификационных колонн зачастую лимитирует производитель­ность всего блока. Поэтому к выбору расчетных параметров и к эксплуата­ционным характеристикам колонн предъявляются высокие требования.

В термодинамическом и технологическом расчетах установок рассматривают статику процесса ректификации и выявляют балансовые соотношения потоков и необходимые характеристики раздели­тельного действия (например, число теоретических тарелок) соответствующих колонн.

Выбор типа, конструирование и расчет колонн, обеспечивающих задан­ные производительность и разделение при оптимальных размерах и гидрав­лических сопротивлениях этих аппаратов, является самостоятельной зада­чей, для разрешения которой необходим учет кинетики процесса ректифика­ции и гидравлики работы колонн.

В процессе ректификации могут быть применены различные по типу конструкции и по определяющим размерам колонны. Конструкцию и основ­ные размеры колонн выбирают в результате сопоставительных расчетов в зависимости от требований (например, ограничение диаметра из условий транспортирования с завода-изготовителя на место монтажа, ограничение высоты для колонн транспортных установок, ограничение сопротивлений и т. п.).

Расчет основных размеров колонн базируется на положениях теории массообмена и гидравлики.

Смеси разделяются в ректификационной колонне в результате контакта и взаимодействия потоков стекающей по колонне жидкости и поднимающегося из испарителя пара, состоящих из одинаковых компонентов. Ректификация является массообменным (диффузионным) процессом. Противоточное движе­ние фаз в ректификационной колонне вызывает нарушение равновесия между жидкостью и паром, встречающимся в каждом сечении по высоте колонны. При контакте неравновесных по составу фаз происходит перераспределение компонентов смеси между фазами. Равновесие характеризуется равенством химических потенциалов распределяемого компонента в обеих сосуществую­щих фазах. Поэтому естественное, распределение каждого компонента системы направлено к выравниванию его химических потенциалов в обеих контакти­рующих фазах. Разность химических потенциалов является движущей силой процесса, диффузионный поток данного компонента через поверхность кон­такта направляется в сторону фазы с меньшим значением его химического потенциала.

В результате в каждом рабочем сечении колонны происходит процесс контрдиффузии легколетучих компонентов из жидкости в пар, а тяжелолетучих из пара в жидкость. Этот процесс сопровождается изменением темпе­ратур в потоках пара и жидкости по высоте колонны.

Учебный вопрос № 2. Классификация ректификационных колонн.

Многообразные по конструкции ректификационные аппараты могут быть разделены на группы по двум основным признакам: по способу образования поверхности контакта и по схеме организации контакта и движения потоков жидкости и газа на рабочих элементах колонн.

Классификация по этим признакам не является абсолютно строгой. В реальных аппаратах в результате сложной гидродинамической обстановки основному способу образования поверхности контакта всегда сопутствуют в большей или меньшей мере другие — побочные. Больше того, в одном и том же аппарате в зависимости от нагрузок по жидкости и пару может изме­няться основной способ формирования поверхности контакта. Например, в насадочных колоннах возможен пленочный и эмульгационный режимы. В зависимости от интенсивности нагрузок по жидкости и газу в аппаратах данной конструкции может изменяться также и режим движения потоков. Это обстоятельство не умаляет ценности подобной систематизации, а застав­ляет только учитывать, что аппараты с одним и тем же типом конструкции в зависимости от режима их работы могут относиться к той или иной ее группе.

По способу формирования поверхности контакта ректификационные аппараты могут быть разделены на две большие группы:

в которой основной поверхностью контакта является наружная граница пленок жидкости, смачивающей твердые стенки каналов (насадки) и растекающейся по ним;

по­верхность контакта формируется при дроблении потока одной из контакти­рующих фаз в результате его проникновения через поток другой фазы.

Ректификационные колонны второй группы могут быть, в свою очередь, разделены на аппараты, в которых основная поверхность контакта фаз является граничной: либо для пузырей и газовых струй, образующихся при дроблении потока пара, либо для жидкостных струй, брызг и капель, обра­зующихся при дроблении потока жидкости.

Ввиду большого разнообразия типов ректификационных аппаратов нельзя описать здесь все известные их варианты, поэтому остановимся лишь на тех из них, которые применяются для разделения воздуха.

На рис. 1-3 показаны примеры типов ректификационных аппаратов, относящихся к первой группе приведенной выше классификации. Хотя в этих типах аппаратов различна не только конструктивная схема, но и силовое поле, вызывающее движение жидкости, общим для них является то, что поверхностью контакта служит свободная поверхность потока жидкости, сма­чивающей твердые стенки рабочих каналов.

Тарельчатые колонны по способу образования поверхности контакта, как правило, относятся ко второй группе аппаратов.

  Рис. 1. Схема нижней трубчатой пленочной ректификационной колонны воздухоразде-лительного аппарата: В -воздух; R -кубовая жидкость; Ф -флегма верхней колонны

Рис. 2. Насадочная колонна высокого давления установки СКДС-30

На рис. 3 показана конструкция ситчатой колонны низкого давления установки СКДС-30, и на рис. 4–7 – конструкции тарелок некоторых дру­гих типов колонн. Колпачковые и провальные решетчатые тарелки в отечественном кислородном машиностроении в колоннах разделения воздуха не используются, так как их изготовление сложней, а эффективность ниже, чем у ситчатых. Колонны, показанные на рис. 4–6, представляют собой раз­новидности барботажных аппаратов. Основная поверхность контакта в них образуется граничной поверхностью газовых включений, проникающих через поток жидкости. В колонне, изображенной на рис. 7, поверхность контакта в основном образуется (при рабочем режиме нагрузок) за счет граничных поверхностей струй, брызг и капель, на которые поток жидкости дробится увлекающим ее газом. Жидкость от газового потока на каждой тарелке отде­ляется при помощи отбойника.

Рис. 3. Ректификационная колонна низкого давления с кольцевыми ситчатыми тарелками (установка СКДС-30)

По схеме организации контакта и движения потоков в рабочих элементах ректификационные аппараты можно разделить на две большие группы колонн:

с непрерывным (по их высоте или по длине пути каждой из фаз) контактом между жидкостью и паром (см. рис. 1, 2);

2) со ступенчатой организацией контакта, в которых фазы взаимодействуют на некоторых отде­ленных одна от другой ступенях—тарелках, после каждой из которых потоки пара и жидкости разделяются и поступают первый — на вышележащую, а второй — на нижележащую ступени.

Если аппараты первой группы могут иметь (по принципу действия) только противоточное движение потоков жидкости и пара на всем протяже­нии колонны, то в аппаратах второй группы схему движения потоков можно изменять, сохраняя противоток для колонны в целом. Это приводит при оди­наковом балансовом соотношении потоков (характере рабочей линии) для всей колонны к различным соотношениям контактирующих масс жидкости и пара на тарелках различной конструкции и изменяет движущую силу про­цесса — разность концентраций в пределах тарелки.

Рис. 4. Колпачковые тарелки с Рис. 5. Желобчатые круглыми колпачками колпачковые тарелки  

Рис. 6. Решетчатая провальная тарелка

Рис. 7. Конструкция эжекторных тарелок колонны с соплами Вентури: 1 – сопло; 2 – переливной карман; 3 – заборная чаша; 4 –царга (с одной тарелкой) колонны

По схеме движения потоков в рабочих элементах тарелки можно разли­чать колонны:

1) с противоточным движением потоков, при полном перемешивании потока жидкости по сечению и по высоте зоны контакта; такими аппаратами в первом приближении могут считаться «провальные» дырчатые или решетча­тые колонны (рис. 6);

2) с перекрестным движением потоков жидкости и газа при противопо­ложном (разнонаправленном) направлении течения жидкости на соседних тарелках (например, колонны с диаметральным потоком жидкости, показан­ные на рис. 4 и 5);

3) с перекрестным движением фазовых потоков при однонаправленном движении жидкости на всех тарелках колонны; среди них следует отметить, прежде всего, колонны с кольцевыми тарелками (см. рис. 3, рис. 8-16);

4) с прямоточным движением пара и жидкости в рабочих элементах тарелки (например, эжекторные, рис. 7).

Учебный вопрос № 3. Конструкция ректификационных колонн промышленных установок разделения воздуха

В зависимости от схемы разделительного аппарата (см. главу III) рек­тификационные колонны в нем по-разному сопрягаются с конденсато­рами-испарителями и переохладителями. Только совместная работа всех этих частей разделительного аппарата обеспечивает низкотемпературную ректификацию воздуха. Но каждая из них является самостоятельным аппаратом, отличающимся от других как по назначению и характеру про­текающих в нем процессов, так и по конструкции.

С целью создания необходимого напора для самотека жидкости (под действием силы тяжести) отдельные части разделительного аппарата монти­руют в блоке разделения смещенными по высоте. В аппарате двукратной ректификации, наиболее распространенном в воздухоразделительных уста­новках, ректификационная колонна низкого давления р ≤ 0,167 Мн/м2 располагается над конденсатором-испарителем, а колонна высокого давле­ния р ≤ 0,59 Мн/м2 под конденсатором-испарителем. Из верхней ректифи­кационной колонны жидкий кислород самотеком поступает в испарительную часть конденсатора-испарителя, а сконденсировавшаяся в нем азотная флегма частично самотеком стекает на верхнюю тарелку нижней колонны, а частично собирается в кармане и направляется на орошение верхней колонны.

На их конструкции, как и на конструкции ректификационных колонн, рассматриваемых в настоящей главе, в некоторой мере сказывается способ взаимного сопряжения их в разделительном аппарате. Ректификационные колонны отечественных промышленных установок разделения воздуха представляют собой вертикальные цилиндрические аппараты с ситчатымита­релками, снабженные штуцерами для присоединения к ним соответствующих технологических коммуникаций и контрольно-предохранительных устройств.

Ректификационные колонны малой и средней производительности для уменьшения потерь холода в окружающую среду и сокращения внутриблочных коммуникаций обычно непосредственно объединяют в единый аппа­рат с соответствующими конденсаторами-испарителями. При этом образуется комбинированный аппарат колонного типа, так как его отдельные рабочие элементы располагаются по высоте один под другим. Для краткости такие комбинированные аппараты часто также называют колоннами с соответ­ствующими названиями. Например, «Колонна двукратной ректификации» представляет собой комбинированный аппарат, в котором две (верхняя и нижняя) колонны непосредственно присоединены с помощью пайки мягким припоем или фланцевого соединения к одному конденсатору-испарителю.

Примеры конструкций колонн–комбинированных аппаратов, в каждом из которых только одна ректификационная колонна непосредственно объеди­нена с обслуживающими ее конденсаторами-испарителями, см. на рис. 2 и 3. Эти колонны устанавливают на одной отметке и связывают с помощью трубопроводов в так называемый «Разрезной аппарат двукратной ректификации». В межтрубное пространство верхнего конденсатора колонны вы­сокого давления (см. рис. 2) поступает не кислород, а кубовая жидкость. Образовавшиеся при ее кипении пары подаются в колонну низкого давле­ния. При такой компоновке снижается количество флегмы в обеих колон­нах разделительного аппарата, но уменьшается высота последнего.

Другой пример комбинированного аппарата представляет собой показанная на рис. 8 первая криптоновая колонна установок БР-1, КТ-12 и др., в которой объединены две части ректификационной колонны и конденсатор-испаритель.

В крупных воздухоразделительных установках (производительностью 5000 м3 О2 и выше) верхнюю и нижнюю колонны и конденсаторы-испарители, входящие в состав основного ректификационного аппарата, выполняют в виде отдельно стоящих аппаратов (рис. 9), связанных один с другим соответ­ствующими трубопроводами. При производительности более 15 000 м3/ч (при н. у.) кислорода, чтобы уменьшить высоту блока разделения иногда становится экономически оправданным использование для передачи жидко­сти из аппарата в аппарат газлифта или специальных центробежных насосов, что позволяет установить основные ректификационные колонны на одной отметке.

Конструкция ректификационных колонн зависит от давления, под ко­торым в них протекает процесс ректификации. При низком рабочем давле­нии р ≤ 0,167 Мн/м2 независимо от их диаметра ректификационные тарелки-, закрепляют непосредственно в обечайках корпуса колонны (см. рис. 9). При рабочем давлении р = 0,51–0,71 Мн/м2 тарелки в корпусе крепят лишь в колоннах малого диаметра, чаще же тарелки размещают в специаль­ной, разгруженной от действия давления, тонкостенной цилиндрической обечайке-вставке, укрепляемой в корпусе колонны, воспринимающем давле­ние (рис. 10, 11).

Рис. 8. Первая криптоновая колонна (для агрегатов БР-1, БР-9 и др.):

1 – конденсатор; 2 – верхняя концентрационная секция ректификационной колонны; 3 – нижняя отгонная секция колонны

Способ крепления тарелок в верхних колоннах или во вставках колонны зависит от материала, из которого изготовляют обечайки. До недавнего времени обечайки верхних колонн и вставок изготовляли либо из листовой меди, либо из латуни. На рис. 12 показан способ крепления тарелок диаметром от 500 до 2200 мм в таких обечайках колонн. После установки в ниж­ние зиги внутренней и наружной обечаек распорных латунных колец и припайки их к обечайке устанавливают и выверяют в горизонтальном поло­жении тарелку.

Рис. 9. Верхняя колонна установки разделения воздуха БР-5 (изготовленная из латуни).

После этого закладывают и припаивают прерывистым швом верхние кольца. Тарелки устанавливают последовательно, начиная с ниж­ней тарелки нижней царги корпуса (или вставки). В колоннах диаметром менее 500 мм, в которых каждая тарелка снабжена вытеснительным кол­паком и внутренняя обечайка отсутствует, кольца для крепления тарелок в наружной обечайке изготовляли из латунной проволоки диаметром 5 мм, а теперь делают из трубок. Для колонн диаметром 2200 мм кольца для креп­ления тарелок делают полыми (рис. 13). На рис. 13 показан также способ крепления тарелок в обечайках из аустенитовых сталей (Х18Н10Т, Х14Г14Н3Т), которые применяют заводы кислородного машиностроения для изготовления всех колонн и вставок диаметром более 1000–1400 мм. Ниж­нее кольцо после установки прихватывают точечной сваркой, а верхние приваривают к внутренней и наружной обечайкам прерывистым швом.

Рис. 10. Нижняя ректификационная колонна установки разделения воздуха КТ-1000М:

1 – корпус колонны; 2 – вставка с тарелками.

В эксплуатации в отечественных воздухоразделительных установках находится более 100 типоразмеров колонн. Для вновь изготовляемых раз делительных аппаратов предусмот­рено всего 27 типоразмеров колонн с диаметром обечаек 200–3800 мм (для вставок до 3600 мм).

По конструкции колонны разделяются на три основных типа. Первый из них объединяет малые ректификационные колонны для рабочего давления ~0,61 Мн/м² с тарелками в корпусе. При диаметре корпуса d_к = 200÷300 мм расстояние меж; тарелками рекомендуется Н_T=(60мм, а при d_к = 400 мм Н_N = 80 мм. Рабочие скорости паров при этом составляют w_к=0,1 м1сек. Величина диаметра колонн этого типа ограни­чивается условиями технологии их изготовления. Для корпусов диаметром более 400 мм толщина стенки превышает 3–3,5 мм и это затрудняет зиговку обечаек для закрепления в них тарелок. Ректификационные колонны первого типа (р = 0,6 Мн/м²) пайкой непосредст­венно присоединяют к конденсаторам-испарителям, аналогично тому, как это показано на рис. 2 для насадочной колонны, работающей при томже рабочем давлении.  

Рис. 11. Нижняя ректификационная колонн установки разделения воздуха БР-2

Основные размеры для ректифи­кационных ситчатых колонн второго типа, с тарелками во вставке, рабо­тающих при давлении р=0,6 Мн/м2, приведены ниже.

Диаметр корпуса dк в мм
Диаметр обечайки (вставка) dн в мм
Расстояние между тарелка­ми НT в мм

Число тарелок и высоту колонн определяют в зависимости от требований к чистоте продуктов разделения и флегмового числа в соответствии с технологическим расчетом установки.

Колонны этого типа могут быть трех различных модификаций. До диаметра

Рис. 12. Схема крепления ректификационных тарелок диаметром от 500 до 2200 мм:

1 – наружная обечайка; 2 – кольцо большое; 3 – кольцо малое; 4 – внутренняя обечайка; 5 - тарелка

dн = 1800 мм они обычно выполнялись открытыми фланцевыми (см. рис. 11) для непосредственного присоединения к расположенным над ними конденсаторам-испарителям. Колонны большего диаметра монтируют в блоке разделения, как самостоя­тельные, отдельно стоящие аппараты, связанные с другими частями разде­лительного аппарата с помощью трубопроводов. В этом случае применяются или второй модификации — закрытые фланцевые колонны (см. рис. 10), или чаще третьей – закрытые сварные колонны (см. рис. 12).

Рис. 13. Крепление ректификационных тарелок: а) для медных и латунных обечаек; б) для обечаек из аустенитной стали

Ректификационные колонны третьего типа предназначены для работы при давлении р ≤ 0,167 Мн/м2. Независимо от диаметра (200–3800 мм) они выполняются с тарелками в корпусе. Ректификационные колонны этого типа выпускаются в шести различных модификациях. Первая из них, бесфланцевая колонна с односторонней впайкой или сваркой, предназначена для непосредственного присоединения к конденсатору-испарителю, над которым она располагается. Колонны этой модификации имеют dн ≤ 700 мм и применяются в качестве верхних колонн аппаратов двукрат­ной ректификации. Те же модели колонн, выпускаемые в виде второй бесфланцевой модификации с двусторонней впайкой или сваркой, присоединяются к другим аппаратам обоими торцами корпуса.

Колонны третьей фланцевой модификации выпускаются dн ≥ 1800 мм и присоединяются к расположенным под ними конденсаторам с помощью фланцев, внутренний диаметр которых равен dн.

Колонны четвертой модификации могут выпускаться также в фланцевом исполнении, но для одностороннего присоединения к аппаратам меньшего размера, или с двусторонним переходом к аппаратам меньшего размера.

Наконец колонны dн> 700 мм чаще всего выпускаются в виде закрытых ректификационных колонн, снабженных с обоих торцов нормальными днищами и соединяемых с другими частями разделительного аппарата трубопроводами.

Верхняя часть верхних колонн аппаратов двукратной ректификации, в которой температура рабочих сред ниже температуры конденсации воздуха при давлении 0,1 Мн/мг, чтобы исключить конденсацию воздуха на поверхности колонны, может быть снабжена специальным изоляционным кожухом, заполняемым порошковой изоляцией.

В зависимости от диаметра колонн и их нагрузок по пару и жидкости в них применяют различные конструкции ситчатых ректификационных тарелок. Тип конструкции и основные размеры этих тарелок для всех диа­метров колонн воздухоразделительных установок, выпущенных до 1970 г., определяется отраслевой нормалью НКО-299–64–НКО-309–64.

Рис. 14. Ситчатые тарелки с S-образной перегородкой: а – с центральным сливным стаканом; б – с периферийным сливным стаканом

В колоннах малого диаметра применяют либо тарелки ректификацион­ные S-образные, либо тарелки ректификационные с колпаком, диск которых изготовляется из одного куска перфорированного листа. Приемные площадки переливного устройства закрываются накладками из листа толщиной б = 0,6÷0,8 мм. Расположение S-образных перегородок на соседних тарел­ках изменяется таким образом, что жидкость (поступая последовательно на тарелки то в центре, то на периферии) по тарелке двигается всегда по направ­лению часовой стрелки (рис. 14). Эти тарелки выпускают диаметром 219 и 289 мм при НT = 60 мм. На сливном патрубке нижней тарелки для созда­ния гидравлического затвора устанавливается подвесная чашка. Сливной патрубок при этом может иметь увеличенную длину (~100 мм).

Тарелки кольцевые с колпаком (рис. 15) изготовляют четырех разме­ров для колонн с внутренним диаметром от 200 до 350 мм со сплошным ди­ском. Для колонн с большим диаметром кольцевые тарелки собирают и: отдельных секторов, число которых определяется удобством раскроя штампованной сетки и конструктивными размерами переливного устройства.

При диаметрах колонн 400 и 500 мм тарелки из шести секторов имеют также вытеснительный колпак и накладку из неперфорированного листа на приемной площадке переливного устройства. При больших диаметрах колонн для направления жидкости и придания жесткости крепления тарелок исполь­зуют внутреннюю обечайку или вставку(см. рис 8-14). Сектора, на ко­торых размещается переливное устройство, изготовляют из неперфорированного (сплошного) листа.

Тарелки ректификационные односливные выполняются как с профиль­ными, так и с прямыми секторными переливными устройствами для колонн диаметрами 700, 850, 1000, 1400 и 2200 мм.

    Рис. 15. Кольцевая тарелка с вытеснителем

Тарелки с прямым профильным карманом (кроме колонн диаметром 700 мм) имеют, как правило, подвесную чашку и используются главным образом как ниж­ние тарелки колонн (или их отдельных секций при наличии между ними повышенного расстояния).

Конструкция ректификационных двухсливных тарелок с профильными карманами показана на рис. 16.

Характеристика их основных размеров приведена ниже.

№ моделей
Диаметр обечайки
Расстояние между тарелками
№ моделей
Диаметр обечайки
Расстояние между тарелками

Большая часть трехсливных тарелок (для колонн диаметром 2800, 3600 и 3800 мм) выпускается также с профильными карманами. Нижние двух- и трехсливные тарелки выпускаются также с прямым карманом и с подвесными чашками для гидравлического затвора.

Профильные карманы соответствуют третьему – безударному типу переливного устройства, а прямые карманы для разных типоразмеров тарелок соответствуют либо первому, либо второму типу устройств.

В колоннах большого диаметра во внутренних обечайках (или вставках) размещаются распределительные бачки для ввода флегмы и кубовой жидкости на двух- или трехсливные тарелки, а также для сепарации жидкости из потока газообразного кислорода, выводимого в регенераторы и т.п.

Ситчатые тарелки изготовляют из меди М3 (в основном тарелки ма­лых размеров), или латуни Л62, а также сплавов алюминия АМцА-М и АМТУ252–57 (для установок, изготовляемых из алюминия). Секто­ры тарелок соединяли друг с другом с помощью пистонов, а отдельные детали с помощью пайки. В послед­нее время эти операции заменяются контактной сваркой, что значительно сокращает трудоемкость изготовле­ния тарелок и приводит к значи­тельной экономии материалов (мед­ной трубки, припоя и т.д.). Для крепления перегородок тарелки и обечайки медных и латунных колонн применяли пайку, которая в колон­нах, изготовляемых из аустенитных сталей, заменена значительно более экономичной точечной электросвар­кой.

Рис. 16. Схема тарелки ситчатойдвухсливной

Большое внимание следует уде­лять конструктивному оформлению ввода и вывода продуктов в колоннах. В верхней части верхней колонны выводится пар азота и вводится азотная флегма. При этом должна быть обеспечена сепарация капельной жидкости из парового потока, выводимого из колонны. В аппаратах большой производительности достаточная сепарация происходит главным образом вследствие увеличенного сепарационного пространства над верхней тарелкой и установки отражателя брызг у штуцера вывода азота.  

Азотная флегма входит в колонну с некоторым содержанием пара после дросселирования. Отделяется пар от жидкости в больших колоннах в спе­циальных сборниках-мерниках азотной флегмы, из которых жидкость через калиброванные отверстия поступает на тарелку. В некоторых случаях для уменьшения брызгообразования мерники азотной флегмы заполняют на­садкой. Количество подаваемой в колонну флегмы контролируется по уровню жидкости (над выходным отверстием) в мернике с помощью гампсометра. В малых колоннах азотная флегма подается с помощью простейших направ­ляющих и успокоительных устройств непосредственно на верхнюю тарелку. Для уменьшения брызгового уноса, образующегося как при барботаже, так и при вводе дросселированной жидкости на тарелку, в малых колоннах применяют простейшие сепараторы отбойного типа. В колоннах, выпускавшихся ранее, устанавливали более сложные насадочные сепараторы, малоэффективные из-за вторичного уноса задерживаемой в них жидкости.

В установках малой и средней производительности флегма на верхнюю тарелку нижней колонны поступает непосредственно из конденсатора. Часть ее стекает из трубок конденсатора, другая часть специальным конусным козырьком направляется в карманы для отвода азотной флегмы в верхнюю колонну. Избыток флегмы из карманов направляется обычно через специальную прорезь на приемную площадку (глухой сектор) верх­ней тарелки.

Вставку нижних колонн в корпусе раньше крепили с помощью фланце­вого соединения (см. рис. 10–13). На промежуточный фланец корпуса нижней колонны укладывали паронитовую прокладку, которую после уста­новки вставки затягивали с помощью шпилек и накидного фланца, располагающегося над опорным кольцом вставки. Плотность соединения внутрен­ней вставки с корпусом проверяли, заполняя карман водой. После этого внутреннюю вставку из корпуса вынимали и транспортировали отдельно от корпуса. Корпусы колонн высокого давления, выполняемые ранее из латуни, теперь изготовляют из аустенитных сталей (Х18Н10Т). В колоннах из аустенитных ста­лей применяют менее трудоемкое и более надежное соединение внутренней вставки с корпусом нижней колонны сваркой (рис. 17).

В разрезных колоннах (р ≈0,6Мн/м²) из пространства между кон­денсатором и верхней тарелкой должны отводиться пары в конденсатор колонны низкого давления. В этом случае нужно обеспечить сепарацию ка­пель азотной флегмы от выводимых из колонны паров, иначе нарушается работа, конденсатора-испарителя колонны низкого давления. Для этой цели также используют сепараторы отбойного типа, например, для насадочной колонны высокого давления установки СКДС-30.  

Как показывает опыт кислородного машино­строения в СССР и в некоторых других странах (ЧССР, США, ФРГ) целесообразно также изготовле­ние колонн и других аппаратов из алюминиевых сплавов (АМц, АМч5В и др.). ВНИИкимашем разработаны конструкции колонн для установки производительностью 1400 м3/ч кислорода, элементы которой соединяются аргонодуговой сваркой.

Рис. 17. Крепление вставки нижней колонны в корпусе из аустенитной стали

При вводе в ректификационную колонну извне или выводе из нее (бо­кового) потока в промежуточном по высоте сечении необходимо обеспечить равномерное распределение этого потока по сечению колонны. В аппаратах малого диаметра можно, не изменяя расстояния между тарелками в месте ввода, ограничиться одним или двумя штуцерами. В колоннах среднего размера (dн ≤ 2000 мм) поток небольшой величины (до 20% от основного потока в колонне) можно ввести в межтарелочное пространство через несколько симметрично расположенных по периметру обечайки штуцеров, связанных с общим кольцевым коллектором (см. рис. 9) для ввода паров обогащенного кислородом воздуха из конденсатора криптоновой колонны. Так как высота межтарелочного пространства ограничена, то па­трубок штуцера в местах присоединения к корпусу колонны деформи­руется до овального сечения с высотой меньше чем расстояние между тарелками.

Равномерное распределение (или отбор) относительно больших потоков пара по сечению тарелки требует в колоннах среднего и большого размера увеличения расстояния между тарелками в месте ввода. В отдельных случаях можно подводить – (или отбирать) поток одновре­менно в межтарелочное пространство нескольких тарелок.

Нижняя часть верхних колонн (не связанных непосредственно с испа­рителем) используется как необходимая емкость по жидкости и паровое про­странство, предназначенное для распределения пара по тарелкам.

В колоннах среднего и большого диаметра высокого давления (р = 0,6 Мн/м2) в нижней части – испарителе обычно барботируется посту­пающий на разделение воздух через кубовую жидкость

Дата добавления: 2014-01-04