Ректификационные колонны

Применяют два варианта крепления  колпачка к тарелке. В исполнении 1 положение колпачка можно регулировать по высоте, в исполнении 2 регулирование  невозможно, и нижние кромки прорезей в этом случае упираются в полотно  тарелки.

Тарелка работает следующим  образом. Поступающая жидкость заполняет  тарелку на высоту, определяемую сливной  перегородкой 3, при этом прорези  колпачков должны быть погружены  в жидкость. Пар проходит через  паровые патрубки, щели колпачков  и барботирует сквозь слой жидкости. Газ и жидкость взаимодействуют  в перекрестном токе: жидкость движется по тарелке от переливного кармана  к сливной перегородке и далее  на расположенную ниже тарелку, а  газ — вверх по оси колонны.

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 произ-водительностей по газу. Их можно использовать при  нестабильных нагрузках по жидкости и пару. Для этих тарелок F ≈ 1 (м/с) (кг/м³)^-0.5, 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.

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. 1.15 ) 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.

Рис. 1.15 Клапанно-прямоточная тарелка

Дисковый клапан снабжен тремя  направляющими, расположенными в плане  под углом 45°; две из этих направляющих имеют большую длину. Кроме того, на диске клапана штамповкой выполнены  специальные упоры, обеспечивающие начальный зазор между диском и тарелкой; это исключает возможность  «прилипания» клапана к тарелке (рис. 1.15а, положение I). При небольшой производительности по пару поднимается легкая часть клапана (рис. 1.15, положение II) 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. 1.15, положение III); 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. 1.15, 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)^-0.5, диапазон устойчивой работы 3,5. В области саморегулируемой работы тарелки обладают относительно небольшим гидразлическим сопротивлением.

Для увеличения производительности и  диапазона устойчивой работы клапанные  тарелки выполняют балластными (рис. 1.16). Над отверстием тарелки 1 на специальных ножках установлены ограничители подъема 4, а внутри их — на ножках 7 легкий клапан 5 и балласт 2. Для исключения прилипания клапана к балласту имеются упоры 3 и 6. При малой производительности по газу тарелка работает как обычная с дисковыми клапанами меньшей массы; при увеличении нагрузки клапан 5 упирается в балласт и работает совместно с ним как один утяжеленный клапан.

Рис. 1.16 Клапанная балластная тарелка

Балластные клапанные тарелки  можно выполнять как с индивидуальным, так и с групповым балластом. Примером последнего варианта могут  служить балластные тарелки ректификационных колонн (рис. 1.17 ). Такая тарелка 1 имеет расположенные в несколько рядов прямоугольные вырезы, закрытые клапанами 2 прямоугольной формы. Большие размеры клапанов (154 x45 мм) позволяют уменьшить их число по сравнению с дисковыми клапанами в 2-4 раза. Над клапанами расположен общий подвижный балласт 3, выполненный из прутка диаметром 8 мм. При работе, таких тарелок вначале поднимается пластина клапана, затем она упирается в балласт и поднимается вместе с ним до упора в головку винта 4.

Рис. 1.17 Тарелка с групповым балластом

Клапанная тарелка со штампованными  клапанами цилиндрической формы  показана на рис. 1.18 а. Клапан I, лежащий на полотне тарелки 2, представляет собой часть цилиндра с ограничителями подъема 3. Клапан расположен в гнезде, имеющем отогнутую полку 4. 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.

Рис. 1.18 Тарелки клапанные 

2 ОТБОЙНЫЕ УСТРОЙСТВА

 

Отбойные устройства предназначены  для сепарации капель жидкости из потока пара (газа); устанавливается  вверху абсорбционных колонн и в  различных сечениях ректификационных колонн. Отбойные устройства, устанавливаемые  вверху колонны, должны обладать высокой  эффективностью сепарации и надежно  работать в широком диапазоне  изменения нагрузок по пару.

У некоторых ректификационных колоннах при вводе сырья в  питательную секцию поток пара уносит частицы жидкости с нелетучими соединениями: смолами, золой и т.д. При наличии  уноса жидкости с тарелки на тарелку  нелетучие соединения будут увлекаться потоком пара и транспортироваться им вверх колонны. В итоге не летучие  соединения могут попасть в дистиллят  и ухудшить его качество (цвет, коксуемость, содержание золы, металлов и др.). Подобное явление наиболее часто встречается  в вакуумных колоннах для перегонки  мазута, особенно при работе на форсированных  режимах; в некоторых случаях  унос жидкости в питательной секции колонны ограничивает производительность колонны.

Отбойные устройства, устанавливаемые  и питательной секции колонны, должны обеспечивать достаточно высокую эффективность  сепарации, легко подвергаться чистке и ремонту.

В случае, когда колонна  должна работать с большими величинами межтарельчатого уноса жидкости, равными оптимальному значению или  превышающими его, можно применять  межтарельчатые отбойные устройства, позволяющие создать более экономичную  конструкцию колонны.

Иногда применение отбойных устройств между тарелками обусловлено  спецификой работы или конструкцией колонны. Например, отбойные устройства под каждой тарелкой применяются  при необходимости иметь небольшую высоту колонны (при установке колонн в помещении), в колоннах разделения воздуха, где высота колонны лимитируется поверхностью теплообмена.

К отбойным устройствам, устанавливаемым  под каждой тарелкой, предъявляются  следующие требования: простота конструкции, малый вес, низкая стоимость, легкость монтажа и обслуживания, малое  гидравлическое сопротивление и, наконец, достаточная, но не высокая эффективность  сепарации при заданных режимах  работы.

Для сепарации капель жидкости из потока пара (газа) в аппаратах  нефтяной и химической технологии применяют  в основном отбойники ударного типа. В атмосферных и вакуумных  колоннах первичной перегонки не применяют отбойники из сеток  и уголков (рис.2.1 а), а в абсорберах– из вертикально установленных уголков (рис.2.1б). Встречаются также отбойники с наклонно расположенными элементами (рис.2.1в). В том и другом случае жидкость из потока пара (газа) выделяется в результате соприкосновения капель с поверхностью элементов. Однако отвод отсепарированной жидкости осуществляется по–разному, что и обусловливает разную картину их работы и различные допустимые скорости движения газа. В отбойном устройстве из насадки отсепарированная жидкость стекает навстречу восходящему потоку пара, а в отбойниках из вертикально установленных пластин она стекает по элементам в специальное устройство и далее через гидрозатвор выводится из системы.

В отбойных устройствах из насадки уносимая жидкость проникает  в слой насадки и создает на ее поверхности ламинарную пленку жидкости. Эта пленка стекает на нижние элементы, образуя там крупные капли , которые  отрываются и движутся навстречу  потоку пара. Подобная картина сепарации  жидкости наблюдается лишь до определенных значений нагрузок по пару и жидкости. Начиная с некоторой скорости пара жидкость заполняет весь объем  слоя насадки и часть ее уносится с отбойника вместе с уходящим паром, т.е. возникает вторичный унос жидкости. Нагрузки, при которых  еще нет вторичного уноса жидкости, считаются максимально допустимыми, поскольку им соответствует максимальная эффективность сепарации.

а) горизонтальные из насадки; б) из вертикально  расположенных элементов; в) из наклонно расположенных элементов или  из насадки.

Рис.2.1 Отбойные устройства.

При нормальной работе отбойных устройств из вертикально расположенных  уголков, жидкость ламинарной пленкой  стекает по поверхности уголков. При достижении некоторой скорости пара движение жидкости становится волнообразным. Затем происходит срыв пленки с поверхности  уголков и появляется вторичный  унос жидкости, уменьшающий эффективность  сепарации. Нагрузки, при которых  еще нет срыва пленки жидкости, считаются максимально допустимыми, поскольку они отвечают максимальной эффективности сепарации.

Для сепаратора из сеток  можно пользоваться следующим уравнением для определения скорости газа:

                                                                                      (2.1)

Для сепараторов с вертикально  расположенными элементами рабочую  скорость газа рекомендуется определять по уравнению:

                                                                (2.2)

Скорость газа, рассчитанная по этому  уравнению, соответствует величине уноса жидкости после сепаратора, примерно равной 25 мг/м³ газа. Высокая эффективность сепарации наблюдается в том случае, когда скорость газа не выходит из пределов 80 - 120 % от вычисленных значений. Данное уравнение было проверено на сепараторах газовых промыслов.

 

 

 

 

 

 

ВЫВОД

 

В ректификационных и абсорбционных  колоннах применяются тарелки различных  конструкций (колпачковые, клапанные, струйные, провальные и т. п.), существенно  различающиеся по своим рабочим  характеристикам и технико-экономическим  данным. При выборе конструкции контактного  устройства учитывают как их гидродинамические  и массообменные характеристики, так и экономические показатели работы колонны при использовании  того или иного типа контактных устройств.

В настоящее время в  промышленной практике известны сотни  различных конструкций тарелок, которые можно классифицировать по способу передачи жидкости с тарелки  на тарелку, по способу взаимодействия жидкой и паровой (газовой) фаз, по характеру  диспергирования взаимодействующих  фаз, по конструкции устройства для  ввода пара (газа) в жидкость и  др.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1 Ахметов, С. А. Технология и оборудование процессов переработки нефти и газа: Учебное пособие [Текст]/ С. А. Ахметов, Т. П. Сериков, И. Р. Кузеев, М. И. Баязитов, — CПб.: Недра, - 2006. — 868 с.

2 Касаткин, А.Г. Основные процессы и аппараты химической технологии[Текст]/ А.Г. Касаткин, - М.: Химия, - 1973. - 752 с.

3 Павлов, К.Ф. Примеры и задачи  по  курсу процессов и аппаратов химической технологии[Текст]/ К.Ф. Павлов, П.Г. Романков, А.А. Носков, - Л.: Химия, - 1987. - 576 с.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Контрольная работа по теме:

Оборудование  пневмотранспорта

 

1. Оборудование пневмотранспорта

 

Пневмотранспортные  установки представляют собой комплекс устройств, обеспечивающих перемещение  сыпучих материалов (пылевидных, порошкообразных, зернистых, измельченных) или специальных  транспортных средств (капсул, контейнеров  с сырьем, готовой продукцией) с  помощью сжатого воздуха или  разряженного газа.

Пневмотранспорт является одним из прогрессивных  способов механизации и автоматизации  перемещения насыпных грузов. Этот вид транспорта нашел применение практически во всех отраслях народного  хозяйства. Пневмотранспорт широко используют для перемещения сыпучих  материалов в связи с их значительной производительностью и большим  радиусом действия в самых стесненных производственных условиях, т. е. использованием площадей, непригодных для других способов транспортировки, экономией  производственной площади, полным отсутствием  остатков и потерь перемещаемого  продукта в линиях, высокими санитарно-гигиеническими условиями его транспортирования, исключением нарушений технологических  и гигиенических режимов воздушной  среды в производственных помещениях в связи с отсутствием пыления, легкостью монтажа, сокращением  рабочего персонала и упрощением обслуживания, гибкостью в эксплуатации и возможностью полной автоматизации  управления.

При величине гранул перемещаемого материала  до 10 мм пневмотранспорт по сравнению  с другими транспортными системами  почти во всех случаях предпочтительнее.