Конструкции колонн и тарелок

Рабочий процесс в ректификационной колонне — основном аппарате узла разделения ВРУ — основан на взаимодействии стекающей жидкой фазы разделяемой смеси (флегмы) с движущейся навстречу ее паровой фазой. Движущей силой процесса является неравновесная разность концентраций компонентов разделяемой смеси. В результате массообмена нижекипящий компонент (НКК) переходит в пар и сосредотачивается в верхней части колонны, а вьпшекипящий компонент (ВКК) переходит в жидкость и сосредотачивается в нижней части колонны. Существует много контактных устройств, в которых реализуется взаимодействие пара и жидкости. В ректификационных колоннах ВРУ применяют, в основном, ситчатые тарелки диаметром 200—3800 мм, а установках малой производительности при диаметрах колонны до 150 мм — насадочные тарелки, заполненные контактными элементами различной конфигурации (спиральными, седлообразными, кольцами Рашига и др.).

Ситчатые тарелки бывают двух типов: с кольцевым и диаметральным током жидкости .

Рис. 5.1. Ситчатые тарелки с кольцевым и диаметральным током жидкости.

Они имеют одинаковое перфорированное дно. Диаметр do отверстий перфораций в кольцевых тарелках 0,9—1,2 мм, в диаметральных 0,9—2 мм; шаг перфорации t = 3,25 ... 5 мм. В тарелках крупных установок отверстия могут иметь большие диаметры. При шахматном расположении отверстий перфорации доля свободного сечения

e_св = 0,907 (dо / t)².

Жидкость под действием гидростатического напора движется над перфорированным дном тарелки, через отверстия которого проходит пар со скоростью w₀ (рис. 5.2). Скорость w₀ должна достаточной (обычно 3—5 м/с) для того, чтобы жидкость не "проваливалась" в отверстия перфорации (режим "дождевания"). Поток пара барботирует через жидкость, над которой образуется слой пены. В этом слое сосредоточена основная часть поверхности массообмена. Структура барботажного слоя и высота слоя пены зависят главным образом от скорости пара и физических свойств жидкости, которые определяются в основном молярным содержанием компонентов. Принято относить скорость пара к площади полного сечения колонны (w_п обычно составляет 0,1 ... 1,5 м/с) или к площади барботажа (w = 0,12 ... 1,8 м/с). При выбранной скорости паpa w_п расстояние между тарелками h должно быть таким, чтобы верхняя граница слоя пены не доходила до вышележащей тарелки и не было бы переноса (уноса) части жидкости с паром вверх по колонне. Для этого над слоем пены необходимо сепарационное пространство высотой h_с. Расстояние между тарелками обычно составляет для кольцвых тарелок h = 60... 300 мм, для диаметральных — 120 ... 450.

Применение тарелок с диаметральным током позволяет вести процесс при более высоких скоростях паpa. Эти тарелки отличаются конструктивной простотой, высокой технологичностью и малой металлоемкостью. Они могут быть изготовлены из латуни или более дешевых алюминиевых сплавов. Использование тарелок с диаметральным током жидкости позволило примерно на 15 % увеличить производительность колонн (при неизменных диаметре и гидравлическом сопротивлении). Тарелки с диаметральным током устанавливают в колоннах диаметром 400—3800 мм.

Диаметр, м, колонны определяют по выбранной скорости w_п:

                         D = (pG_n/4w_n)^0.5,

где G_n — объемный расход пара в колонне, м³/с.

Тарелки имеют переливные устройства (карманы), через которые жидкость с вышележащих тарелок стекает на нижележащиe. Переливные карманы можно разделить на устройства с вертикальными и наклонными стенками (см. рис. 5.1). Наклонную стенку выполняют так, чтобы максимальное проходное сечение было на входе жидкости в карман. Это снижает скорость потока на входе и способствует выделению пузырьков пара из стекающей жидкости. Как правило, такие карманы снабжаются для повышения пропускной способности гидрозатворами со скругленным профилем.

Рис. 5.2. Схема организации рабочего процесса на ситчатых тарелках

 

 

Тарелки и переливные карманы характеризуются следующими геометрическими параметрами, которые зависят от диаметра колонны: z₁ — высотой сливной перегородки (8 ... 30 мм); z₂ — высотой подпорной перегородки (12 ... 50 мм); a— величиной гидрозатвора (10—20 мм); b — периметром слива; s —высотой узкого сечения гидрозатвора кармана; Fb – площадью барботажа.

⇐ Предыдущая10111213141516171819Следующая ⇒

Поделиться: