Конструкции контактных устройств и ректификационных колонн

Выбор конструкции ректификационных колонн зависит от техноло­гических схем, направления относительного движения газа и жидкости и способа образования поверхности контакта фаз. Взаимодействие газа (пара) и жидкости на каждой ступени может происходить в противотоке, прямотоке или в перекрестном токе фаз. Конструкции контактных устройств со схемами взаимодействия фаз показаны на рис.

По внутреннему устройству, ректификационные колонны бывают та­рельчатыми, насадочными и роторными (с вращающимися деталями).

Тарельчатые колонны. Это наиболее распространенные аппараты в процессах ректификации. Их применяют для больших производителей, широкого диапазона изменений нагрузок по пару и жидкости, они обеспечивают достаточно четкое разделение смесей. Недостаток – относительно высокое гидравлическое сопротивление данных аппаратов (оно приводит к повышению давления и температуры кипения жидкости в кипятильнике колонны).

Тарельчатые колонны выполняют в виде вертикальных цилиндров, внутри которых одна под другой размещено определенное число го­ризонтальных перегородок-тарелок, обеспечивающих возможность встречного течения и контакта жидкости и пара (газа). Колонны такого типа имеют диаметр 0,5-8 м и высоту от 6 до 180 м в зависимости от вида разделяемых продуктов, производительности и т. д. В колоннах устанавливают следующие типы тарелок: провальные, колпачковые, сетчатые, клапанные, струйные и т. д. Некоторые конструкции тарелок показаны на рис.

В колпачковой тарелке (рис.,а) пар (газ) проходит снизу че­рез паровые патрубки и выходит через прорези колпачков 3 в жид­кость, барботируя через нее. При этом на тарелке конденсируется пар и одновременно испаряется жидкость.

Отличительной особенностью тарельчатых колпачковых колонн яв­ляется наличие перекрестного тока между жидкостью и газом (паром). Необходимый уровень жидкости на тарелках обеспечивается сливными перегородками. Жидкость движется вдоль тарелки от питающего па­трубка к сливной перегородке и пронизывается газом, движущимся с нижней тарелки на вышележащую. В качестве сливной перегородки в колоннах используют сливные трубки или специальные порожки, вы­сота выступа которых над тарелкой определяет высоту уровня жидкос­ти на ней.

В колоннах с провальными тарелками (рис.,б) одновременно
происходит барботаж пара или газа через слой жидкости и частичное
«проваливание» жидкости. Газ (пар) движется снизу вверх только
через часть отверстий пульсирующим потоком. Количество пропуска­ющих газ или жидкость отверстий определяется статическим давлени­ем жидкости на тарелке. Конструктивно отверстия могут выполняться круглыми, в виде параллельных щелей, укладкой круглых прутков илитрубок в ряд или в виде спирали.

В тарельчатых ситчатых колоннах (рис.,в) пар (газ) проходит через отверстие в тарелках снизу вверх, удерживая статическим под­пором жидкость на них. Для уменьшения уровня жидкости и умень­шения эффекта обратного перемешивания ситчатые тарелки могут быть выполнены уступами (каскадом), пo которым протекает жидкость (рис.,г).

Насадочные колонны. Они отличаются наибольшей простотой устройства. Колонна представляет собой цилиндр с опор­ными решетками, на которые засыпают насадку в беспорядке, навалом. В качестве насадки наиболее широко используют керамические или металлические кольца, седла, сетки и т. д.

В насадочных колоннах (рис. е) при малых скоростях по­токов контакт между фазами осуществляется на смоченной поверхнос­ти насадки, при больших скоростях - в свободном объеме насадки за счет диспергирования сред.

Меньшее гидравлическое сопротивление насадочных колонн по сравнению с тарельчатыми особенно важно при ректификации под вакуумом. Для уменьшения гидравлического сопротивления вакуумных колонн в них применяют насадки с возможно большим свободным объемом.

Однако, равномерное распределение жидкости по насадке в колоннах большого диаметра затруднительно. В связи с этим, диаметр промышленных насадочных ректификационных колонн обычно не превышает 0,8-1 м.

Роторные колонны. Роторные ректификационные колонны представляют собой аппараты, в которых разделение реагиру­ющих между собой потоков пара и жидкости с образованием межфазо­вого контакта осуществляется при воздействии на эти потоки вращаю­щегося устройства (ротора). По способу создания поверхности меж­фазового контакта роторные колонны разделяются на две группы: роторные распылительного типа и пленочные.

В роторных колоннах распылительного типа вращающийся ротор распределяет в объеме колонны жидкость в виде струй и капель. Под действием вращательного движения повы­шается турбулизация паровой фазы, что интенсифицирует процесс массообмена.

В пленочных роторных колоннах жидкая фаза с помощью ротора распределяется по твердой поверхности, образуя пленку. Ротор служит не только для распределения жидкой фазы, но и для активной турбулизации паровой фазы.

Для колонн обоих типов характерны низкие гидравлические сопротивления и высокие коэффициенты массоотдачи.

К недостаткам роторных колонн можно отнести ограниченность высоты и диаметра (из-за сложности изготовления и требований, предъявляемых к прочности и жесткости ротора), а также высокие эксплуа­тационные расходы на привод ротора.

Пленочные аппараты. Они применяются для ректификации под вакуумом смесей, обладающих малой термической стойкостью при нагревании.

В ректификационных аппаратах пленочного типа достигается низкое гидравлическое сопротивление. Насадки в аппаратах данного типа изготавливаются в виде пакетов вертикальных трубок диаметром 6-20 мм, а также пакетов плоскопараллельной или сотовой насадки с каналами различной формы. Изготовленной из перфорированных металлических листов или металлической сетки

Заключение

Обобщить изученные вопросы. Подвести итоги лекции. Ответить на вопросы.

Выдать задание для самостоятельного изучения – изучить материал лекции по конспекту, рекомендуемую литературу.

Задание для самостоятельного обучения:

Тепломассообмен: Учебное пособие для вузов / Ф.Ф. Цветков, Б.А. Григорьев. - 3-е издание. М.: Издательский дом МЭИ, 2006. [460-480].

Кандидат технических наук,

доцент Е.Е.Костылева

Дата добавления: 2014-01-06