|
|
Процессы и аппараты нефтегазо- переработки. процессы и аппараты химической и нефтехимической технологии куиии д., Левеншпиль о
п
ж
п ж
a 6
п
ж
S
а
Насадочные колонны. Насадочные колонны нашли применение в тех случаях, когда необходимо обеспечить малую величину за-
Рис. XIV-17. колонные аппараты основных типов:
a — насадочный; б — тарельчатый; в — пленочный; / — корпус аппарата; 2 ■— распре делитель; 3 — ограничительная решетка; 4 — насадка; 5 — опорная решетка; 6 — та релка; 7 — переточное устройство; 8 — поверхность контакта.
держки жидкости в колонне, небольшой перепад давления, а также для малотоннажных производств. В последние годы были созданы новые типы насадок (кольца Палля, из просечного металла, се ток п др.), которые оказались достаточно эффективными в колон нах большого диаметра. Это создало перспективы применения насадок некоторых типов для многотоннажных производств (ва куумная перегонка мазута и т. п'.).
Основные типы насадок. Насадки представляют собой твердые тела различной формы, которые загружают в корпус колонны впавал или укладывают определенным образом. Развитая поверх ность насадок обусловливает значительную поверхность кон такта пара и жидкости. Известны многие конструктивные модифи кации насадочных тел, основные типы которых приведены на рис. XIV-19.
Для заполнения насадочных колонн широко применяют кольца Рашига, изготовленные из различных материалов, что обеспечи вает универсальность их практического использования. Однако кольца Рашига обладают относительно невысокой производи тельностью и сравнительно высоким сопротивлением. Последнее ограничивает их применение для вакуумных процессов. Создан ные в последние годы различные модификации колец Рашига— кольца Палля, кольца Борад и другие позволили получить луч шие рабочие характеристики, чем при кольцах Рашига.
В связи с необходимостью создания насадок с низким гидра влическим сопротивлением были разработаны различные варианты регулярной укладки насадочных тел, блочные насадки, а также насадки из сеток различных конструкций.
В табл. XIV-1 приведены сравнительные характеристики насадок.
Основными размерными характеристиками насадок являются удельная поверхность и свободный объем. Под удельной поверх ностью насадки / понимают суммарную поверхность всех наса дочных тел в единице объема аппарата. Единица измерения в СИ м2/м3. Чем больше удельная поверхность насадки, тем выше ее эффективность, но больше гидравлическое сопротивление и меньше производительность.
Под свободным объемом насадки е понимают суммарный объем пустот между насадочными телами в единице объема аппарата. Единица измерения в СИ м3/м3. Чем больше свободный объем насадки, тем выше ее производительность, меньше сопротивление и эффективность. С увеличением размеров насадочных тел воз растает производительность, но одновременно снижается эффек тивность разделения.
Чтобы предотвратить растекание жидкости к стенкам колонны, насадку загружают в колонну отдельными слоями высотой от
до 3 м. Между слоями насадки устанавливают распределители различных конструкций (рис. XIV-20).
Колонны, заполненные насадкой внавал, при диаметре до 150 мм могут орошаться из единичного центрального источника. Для колонн большего диаметра необходимы оросители с большим числом источников: для неупорядоченных насадок 15—30 на 1 м2 сечения колонны, для упорядоченных 35—50.
Насадку укладывают на опорные распределительные решетки и плиты, некоторые конструкции которых даны на рис. XIV-21.
ТАБЛИЦА XIV-I
Сравнительные характеристики насадок относительно колец Рашита
Тип насадки
|
Производи
тельность
|
Эффектив
ность
|
Сопротивле ние одной тео ретической тарелки
|
Кольца Рашита d = 25 мм
|
1
|
1
|
1
|
» Палля d — 25 мм
|
1,4—1,5
|
1—1,25
|
0,7—0,75
|
Седла Берля
|
1,1—1,25
|
1,1
|
0,6—0,7
|
» Имталлокс
|
1,2—1,4
|
1,3
|
0,45—0,5
|
Кольца Борад d = 12,7 мм
|
1
|
2,5—2,6
|
0,3
|
Спрейпак (из просечного листа)
|
3—3,5
|
0,4
|
0,3—1
|
Гудлоу
|
1,15—1,20
|
3,5
|
0,13
|
Г'иперфил
|
1,0—0,9
|
2
|
0,25—0,45
|
Зульцер (косорифленая сетка)
|
Около 2
|
2,5
|
0,25—0,45
|
Сетчатый складчатый кубик
|
» 2
|
1,5
|
0,5
|
Рис. XIV-IO. Основные типы насадок:
кольца: I — керамические Лессинга; 2 — с крестообразными перегородками: <4 -• кера мические Палля; 4 — металлические Лессинга; 5 — металлические Палля; 6 — Пор ад с двойной сеткой; седла: 7 — Ьерля; # — Инталлокс; сетчатые насадки; 9 - Малти- фил; 10 — сетка для насадок Малтифил и Гиперфил; 11 — Спрейпак; 12 - Зульцср; /.У — сетка для насадки Зульцер и схема движения потоков пара и жидкости в насадке; 14 — Гудлоу; 15 — Стедмана; 16 — пакетная; 17 — складчатый кубик.
Свободное сечение таких устройств должно быть по возможности больше в приближаться к величине свободного объема насадки. Чтобы насадка работала эффективно, поверхность элемента на садки должна хорошо смачиваться жидкостью.
Гидравлика насадочных колонн. Расчет скорости пара в колонне. В зависимости от нагрузок колонны по
пару G и жидкости L изменяется характер взаимодействия между ними, этим и определяется предельная скорость пара в насадочной колонне. При некоторых величинах паровой и жидкостной на грузок резко увеличиваются количество удерживаемой в насадке жидкости и гидравлическое сопротивление слоя насадки. Такой режим называется захлебыванием колонны и считается верхним
Рис. X1V-20. Распределительные устройства для насадочных колонн:
а -- гладил я перфорированная плита; б — перфорированная плита для питающей жид кости с паропроводящими патрубками; в — плита с короткими парожндкостиыми па трубками; г — плита с удлиненными патрубками; д — плита с удлиненными патрубками для жидкости и паропроводящими патрубками; е — то же, для одновременного перелива жидкости и отвода пара; ж — плита для малого расхода жидкости с отверстиями и двумя высотами сливных патрубков; з — перфорированный распределитель со стержнями, нс достигающими наелдки; и — перфорированный распределитель со стержнями, утоплен ными в насадку; к — ороситель с зубчатыми краями для колонн диаметром до 300 мм; л — перераспределитель жидкости барботажного типа; м — перераспределитель жидко сти и пара.
пределом устойчивой ее работы. Рабочая скорость пара в колонне w должна быть меньше, чем скорость захлебывания иизлхл
Г (0,75 -0,85) WзЗХЛ (XIV,75)
Скорость захлебывания рассчитывают по различным уравне ниям, в том числе следующего вида:
да-1
Р" ,, 0,16 "р^ж
(XIV,70)
где (Iм — вязкость жидкости, мПа-с; А — коэффициент, зависящий от типа и размеров насадки; для колец Рашига А =■= 0,022.
Сопротивление насадочных колон н. Сопро тивление слоя насадки Ар рассматривают состоящим из двух со-
Рис. XIV-21. Опорно-рас пределительные плиты для насадочных колонн:
а -- колпачкового типа; 6 — волнистая из просечного металла; в — металлическая сетчатого типа.
противлеиий: сухой насадки Арс и сопротивления, обусловлен ного взаимодействием пара с жидкостью, Арп_ж
Ар = Дрс -(- ДДп-ж (XIV,77)
Ддс
(XIV,78)
Сопротивление слоя сухой насадки определяется из уравнения
где И — высота слоя насадки; d, — эквивалентный диаметр каналов:
d. bj (XIV, 79)
Коэффициент сопротивления X для насадок, засыпанных плавал, определяется из уравнений при Re <; 40 А 140/Re |
при Re > 40 А =- 16/Re0,2 |
(X I V ,80)
Сопротивление орошаемых насадок рассчитывают по урав нению
1
(X1V.8I)
Рж \ М-п / . j)
Рис .XIV -22. График для определении ко эффициента С в уравнении (XIV,81).
Коэффициент С определяют по графику, приведенному на рис. XIV-22, в зависимости от отношения рабочей скорости пара к скорости захлебывания.
16. ТАРЕЛЬЧАТЫЕ КОЛОННЫ
В тарельчатых колоннах пар (или газ) проходит через слой жидкости, находящейся на тарелке. При этом пар дробится па мелкие пузыри и струи, которые с большой скоростью движутся в жидкости. Образуется газожидкостная система, которую на зывают пеной. В зависимости от характера диспергирования пара и жидкости различают следующие основные способы контактиро вания пара и жидкости на тарелках:
а) барботажный, когда пар диспергируется в жидкости; на полотне тарелки образуется слой пены, в которой осуществляется массообмен между фазами;
б) струйный, возникающий при больших скоростях пара, когда жидкость становится дисперсной фазой, а пар — сплошной; контакт между фазами осуществляется на поверхности капель и струй жидкости, движущихся в потоке пара в межтарельчатом пространстве с большой скоростью.
В зависимости от величины нагрузок по пару и жидкости в пределах каждого из двух упомянутых способов их взаимодей ствия различают следующие режимы:
неравномерный, когда только часть жидкости на полотне тарелки пронизывается паром;
равномерный, когда на всей площади тарелки происходит ин тенсивный барботаж;
факельный, когда струи пара прорываются сквозь слой жид кости и выходят на ее поверхность;
уноса, когда значительная часть жидкости захватывается по током пара и перебрасывается на вышележащую тарелку.
Организация интенсивного взаимодействия между фазами на тарельчатых устройствах позволяет создать аппараты большой единичной мощности при относительно небольших габаритах и массе.
Основные типы тарелок. Известно много различных конструк ций тарелок, которые существенно различаются по своим эксплуа тационным характеристикам. При оценке конструкций тарелок обычно принимают во внимание следующие показатели: а) произ водительность; б) гидравлическое сопротивление; в) эффектив ность при разных рабочих нагрузках; г) диапазон рабочих нагру зок в условиях достаточно высокой эффективности; д) сопротив ление одной теоретической тарелки при разных рабочих нагруз-
Рис. XIV-23. Схемы потоков жидкости на тарелках с переливными устройствами:
а
ках; е) возможность работы на средах, склонных к образованию инкрустаций, полимеризации и т. п.; ж) простоту конструкции, проявляющуюся в трудоемкости изготовления, монтажа, ремон тов; з) металлоемкость.
Для движения потоков пара и жидкости тарелки должны иметь каналы соответствующих размеров. По способу передачи жидкости с тарелки на тарелку различают тарелки со специальными пере- точными устройствами и тарелки провального типа. В тарелках
первого типа жидкость движется с тарелки на тарелку по спе циальным каналам раздельно от потока пара. В зависимости от величины жидкостной нагрузки переток ее с тарелки на тарелку осуществляется одним, двумя и более потоками (рис. XIV-23).
|
|
|
Скачать 2.36 Mb.