МАШИНОСТРОЕНИЕ

КОЛОННЫЕ АППАРАТЫ ДЛЯ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ АБСОРБЦИИ И РЕКТИФИКАЦИИ

Абсорбция - процесс поглощения (сорб­ции) веществ из смеси газов жидкостью.

Ректификация - способ разделения жид­ких смесей, состоящих из нескольких компо­нентов.

КОЛОННЫЕ АППАРАТЫ ДЛЯ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ АБСОРБЦИИ И РЕКТИФИКАЦИИ

Колонного аппарата

Процессы абсорбции (десорбции), ректи­фикации и глубокого охлаждения осуществля­ются в колонных аппаратах. Колонный аппарат состоит из корпуса 7, снабженного патрубками У, 2, 5, 6 ввода и вывода взаимодействующих фаз и контактных элементов 8 (рис. 5.1.1). Для улучшения распределения взаимодействующих фаз в нижней части колонны размещают рас­пределитель газа (пара) 9, в верхней - распре­делитель жидкости 3 и сепарационное устрой­ство 4. Основной объем тепломассообменной колонны занимают контактные элементы 8.

По способу создания межфазной поверх­ности колонные аппараты можно разделить на пленочные, барботажные и струйные [77].

В пленочных аппаратах поверхностью контакта между фазами является зеркало жид­кости (поверхностные аппараты) или поверх­ность текущей пленки жидкости (пленочные аппараты, рис. 5.1.2, а, б). К этому же классу относятся насадочные аппараты, в которых жидкость стекает по поверхности загружаемой в аппарат насадки из тел различной формы (рис. 5.1.2, в) и механические пленочные (рис. 5.1.2, г).

В барботажных аппаратах поверхность контакта развивается потоками газа, распреде­ляющегося в жидкости в виде пузырьков и струек. Такое движение газа (барботаж) осуще­ствляется при пропускании его через запол­ненный жидкостью колонный аппарат (рис. 5.1.3, а) либо в аппаратах с тарелками различного типа (рис. 5.1.3, б). Подобный ха­рактер взаимодействия газа и жидкости на­блюдается также в насадочных аппаратах с за­топленной насадкой.

КОЛОННЫЕ АППАРАТЫ ДЛЯ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ АБСОРБЦИИ И РЕКТИФИКАЦИИ

III

Рис. 5.1.2. Схемы пленочных аппаратов:

А - трубчатого; 6-е листовой насадкой; У - трубы; 2 - трубные решетки; 3 - пластины; 4 - распределительное устройство; в - насадочного; / - поддерживающие решетки; 2 - насадка; г - типа «Лува»; У - жидкость; II - охлаждающий агент; III - газ

Г)

-на.


КОЛОННЫЕ АППАРАТЫ ДЛЯ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ АБСОРБЦИИ И РЕКТИФИКАЦИИ

КОЛОННЫЕ АППАРАТЫ ДЛЯ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ АБСОРБЦИИ И РЕКТИФИКАЦИИ

Рис. 5.13. Схемы барботажных аппаратов:

А - со сплошным барботажем; / - плита; 2 - утка; 6-е тарелками; I - патрубки; 2 - колпачки; 3 - переливы; 4 - сливной порог; У, 111- см. рис. 5.1.2

///-

В распиливающих аппаратах поверх­ность контакта образуется путем распыления жидкости в газ (пар). К этой группе относятся аппараты, в которых распыливание жидкости производится форсунками (форсуночные или полые аппараты), в токе движущегося с боль­шей скоростью газа (скоростные прямоточные распыливающие аппараты, рис. 5.1.4, а, 6) или вращающимися механическими устройствами (механические распыливающие аппараты, рис. 5.1.4, в).

Наибольшее распространение получили насадочные и барботажные тарельчатые аппа­раты, работающие при избыточном давлении: аппараты с регулярной насадкой (до 1 МПа); аппараты с насыпной насадкой (до 1,6 МПа);

КОЛОННЫЕ АППАРАТЫ ДЛЯ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ АБСОРБЦИИ И РЕКТИФИКАЦИИ

Рис. 5.1.4. Схемы распыливающих аппаратов:

А - с распыливанием вниз; 6-е распыливанием под углом в два ряда; в - центробежного полого аппарата с многодисковым разбрызгивателем; / - многодисковый разбрызгиватель; 2 - отражательные кольца; 3 - патрубок для входа газа, / - III - см. рис. 5.1.2

&

Ш

І А А

И.

А)

111

Аппараты с тарелками (до 2,5 МПа), а также аппараты, работающие при атмосферном дав­лении и под вакуумом (остаточном давлении не ниже 665 Па).

К колонным аппаратам предъявляют сле­дующие требования: высокой разделительной способности и производительности; достаточ­ной надежности и гибкости в работе; низких эксплуатационных расходов; небольшой массы; простоты и технологичности конструкции [1].

Расчет тарельчатых колонн. Целью расчета колонны является определение техно­логического режима, основных размеров аппа­рата и его внутренних устройств [77].

Материальный баланс колонны для би­нарных смесей

F = D+W -

FXf = Dxd + Wxw.

D - количество дистиллята, кг/ч, кмоль/ч; F - расход исходного сырья, кг/ч, кмоль/ч; W - ко­личество кубового остатка, кг/ч. кмоль/ч; Xf, Хр, Хуу - массовые или мольные концен­трации соответствующих компонентов в жид­кости.

Флегмовое число, или отношение количе­ства горячего орошения к количеству дистил­лята (R = L/D) является одним из основных параметров, определяющим заданное разделе­ние в процессе ректификации. При увеличении флегмового числа число тарелок уменьшается.

Минимальное флегмовое число при разде­лении бинарных смесей

YD, ург - массовые или мольные концентра­ции соответствующих компонентов в паре.

Оптимальное значение флегмового числа

R0f]T определяется по минимальному объему колонны и может быть получено через коэф­фициент избытка флегмы:

Из теплового баланса колонны опреде­ляют расходы греющего агента (пара), пода­ваемого в нижнюю часть колонны (В), охлаж­дающего агента, подводимого к верхней части

(d'), а также внутренние материальные пото­ки:

^ + В = °НжО + RHmW +d\

Где Нж - энтальпия жидкости состава F, Z), W, кДж/кг, кДж/кмоль.

Количество теплоты, отводимой в кон­денсаторе (при холодном состоянии),

D' = Z^ + DA. + Dc(/K-/X0Jl/>),

Где tK - температура конденсации верхнего продукта состава D; /X0J1 р - температура хо­лодного орошения или дистиллята; L — количе­
ство орошения, подаваемого в колонну; X - те­плота парообразования (конденсации), кДж/кг; с - теплоемкость воды, кДж/(кг-К).

Расход воды в конденсаторе-холодиль­нике

С(/вых ^вх)

Где гвх, гВЬ1Х - температура воды соответст­венно на входе и выходе холодильника.

Внутренние материальные потоки в ко­лонне следующие:

Количество флегмы

L = RD\

Расход пара вверху колонны

Gn = L + D;

Объем паров в рабочих условиях V. Число теоретических тарелок можно определить путем совместного решения урав­нений равновесия фаз, материального и тепло­вого балансов для промежуточного сечения колонны. Однако ввиду трудоемкости такого решения обычно применяют графический ме­тод расчета. Для облегчения графического рас­чета используют условную линию у, опреде­ляющую точку перемещения рабочих линий верхней и нижней частей колонны (рис. 5.1.5). Положение этой линии зависит от величины q, характеризующей состояние исходного сырья.

При заданной температуре tp и составе холодного сырья х/,

Где Нпхг - энтальпия пара состава Хр \ Нсх - энтальпия исходного сырья состава Хр при tf ; Хр - теплота испарения жидко­сти состава Хр, кДж/кг.

Значение q и величина доли отгона е свя­заны соотношением q = 1-е.

При решении графического метода из точки А на диагонали диаграммы с координатой Хр (сырья) проводится прямая (рис. 5.1.5, а), тангенс угла наклона которой

Tga = q/(q-\). От точки D на диагонали диаграммы, координата которой соответствует хр

(рис. 5.1.5, б), проводится прямая с тангенсом угла наклона tg|3 = R/{\ + R) до пересечения

С условной линией q в точке С (рабочая линия концентрационной части колонны). Получен­ная точка С соединяется с точкой Е на диаго­нали диаграммы, абсцисса которой соответст­вует составу остатка Хц/.

Число теоретических тарелок /V, опреде­ляемое в результате построения ступенчатой линии между равновесной кривой и ломаной линией DCE, равно числу построенных ступе­ней.

Действительное число тарелок опре­деляется через общий КПД Е колонны

КОЛОННЫЕ АППАРАТЫ ДЛЯ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ АБСОРБЦИИ И РЕКТИФИКАЦИИ

КОЛОННЫЕ АППАРАТЫ ДЛЯ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ АБСОРБЦИИ И РЕКТИФИКАЦИИ

Рис. 5.1.5. Графическое определение числа теоретических тарелок:

1 - переохлажденная жидкость {q > 1); 2 - кипящая жидкость [q = 1): 3 - парожидкостная смесь (q = = 0... 1); 4 - насыщенный пар {q = 0): 5 - перегретый пар (q < 0); / - равновесная кривая; II - рабочая ли­ния верха колонны, III - рабочая линия низа колон­ны; IV-тарелка питания

E = N/Nд,

Где

|!ж - динамическая вязкость жидкости, спз; а - коэффициент относительной летучести; L - поток жидкости; L = RD при движении вверх, L' = L + F при движении вниз, кг/ч; G - поток пара; G = L + D = D(R +1) при

Г R

Движении вверх; О =------- при движении вниз;

H^ - высота переливной планки на тарелки, м;

Ј = 0,316F-°'240>25S4143-

FCB - площадь свободного сечения тарелки, о уж

Доли единицы; ъсж =------------- критерий Шмид-

Ак

Та для жидкой фазы; Уж - кинематическая

Вязкость, м2/ч; D>K - коэффициент диффузии в жидкости, м2/ч.

Типы контактных тарелок. В ректифи­кационных и абсорбционных колоннах исполь­зуют тарелки с переливными устройствами и провального типа, область применения кото­рых зависит главным образом от нагрузок по пару и жидкости и их физических свойств. В химической и родственных отраслях промыш­ленности применяют следующие типы тарелок с переливными устройствами (рис. 5.1.6): кол - пачковые с круглыми колпачками, колпачко - вые с ^-образными элементами, клапанные, ситчатые, струйные, струйные с отбойниками [1,77].

Колпачковая тарелка состоит из основа­ния У, перекрывающего большую часть сечения колонны (рис. 5.1.6, а). В диске имеются круг­лые отверстия, в которых установлены патрубки 2, над которыми крепятся колпачки 3. В ниж­ней части колпачка имеются прорези. Тарелка имеет переливное устройство, сливную регу­лируемую планку 4 и, иногда, затворную пере­городку 5. Колпачки располагаются в вершинах равностороннего треугольника, а ряды колпач­ков - перпендикулярно потоку жидкости.

В тарелке с S-образными элементами (рис. 5.1.6, б) в центральной части располага­ются ^-образные элементы одинакового про­филя, которые при соединении между собой образуют патрубки для прохода пара. С одной стороны в каждой секции имеются трапецие-

Г)

Струйная тарелка состоит из плоского листа, на котором в шахматном порядке сдела­ны прорези 10 в форме «языка» с отогнутой вверх вырезанной частью 10 (рис. 5.1.6, в).

В клапанной тарелке клапаны У / круглой или прямоугольной формы закрывают отвер­стия в основании тарелки (рис. 5.1.6, г). Клапан при работе поднимается на определенную вы­соту. Переливное устройство обычной конст­рукции, имеется сливная планка 4 и затворная планка 5.

Ситчатая тарелка представляет собой плоский лист 12 с отверстиями и обычными переливными устройствами (рис. 5.1.6, д).

Струйная тарелка с отбойниками (рис. 5.1.6, е) состоит из основания и наклонно расположенных отбойников 13. Основания и отбойники выполняют из просечно-вытяжного листа. Листы уложены так, что их отогнутые кромки образуют с плоскостью тарелки острый угол, направленный к переливному устройству. На отбойниках отогнутые кромки направлены вниз, в сторону слива жидкости. Тарелка не имеет сливной планки, на входе жидкости име­ется фигурная переливная планка 14.

Сравнительная оценка показателей работы тарелок различных конструкций (по сравнению с колпачковой) приведены в табл. 5.1.1 [1].

КОЛОННЫЕ АППАРАТЫ ДЛЯ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ АБСОРБЦИИ И РЕКТИФИКАЦИИ

Е)

Et^V

А)

Гидравлический расчет тарельчатой ко­лонны. К основным режимам работы барбо- тажной (ситчатой) тарелки относятся [1]:

Режим смоченной тарелки (провала); барботажный при скорости пара (газа) по

Колонне wK = 0,4...1,2 м/с;

Режим газовых струй (факельный) при wK ~ 1,5...2,0 м/с;

Интенсивного уноса и захлебывания при wK > 2,2 м/с.

D =

Диаметр колонны определяется по выра­жению

4V nwK

Где V - расход пара через колонну.

На верхний предел работы тарелки ока­зывает влияние унос жидкости газом (паром) с тарелки на тарелку, снижающий движущую силу процессов. Потери давления газа (пара) при прохождении через тарелку

Ар = Арсух + Ар

Ст

{Ар

Г-ж

Л

Где АрСух = - перепад давлений

5.1.1.Основные показатели тарелок (по отношению к колпачковой тарелке)

Относительная производительность

Относительная эффективность

Гидравлическое

Относительная стоимость тарелки

Тип тарелки

Сопротивление, Па

Из углеродистой стали

Из легированной стали

Колпачковая с 5-образными элементами

1

1 —1,1

1

1... 1,1

700... 1000 700... 1000

1,0

0,6

1,4

1,0

Клапанная

1,2...1,5

1... 1,1

500...800

0,65

1,0

Ситчатая

1,2...1,4

1.. .1,1*

300...400

0,6

1,0

Струйная

1,2

0,8

200... 500

0,5

0,85

Струйная с отбойниками

1,4

0,8...0,9

100...300

0,5

0,85

Решетчатая провальная

1,2...1,4

0,75

300...400

0,5

0,85

На сухой тарелке; - коэффициент сопротив­ления сухой тарелки; = 1,82; WQ - скорость газа (пара) в отверстии тарелки, м/с; Рг(п) ~ плотность газа (пара); Арст =

Г^------------------------

Гидравличе­

Гп\Ъ

Ское сопротивление слоя жидкости, находя­щейся на тарелке, к - относительная плотость

Пены; hcn - высота сливной перегородки, м; L - расход жидкости, м3/ч; т\ - коэффициент во­дослива (гп\ = 10000); b - длина сливной пере­городки, м; Д/?5 = 31,4- Ю-4 5/с^о - перепад давлений, вызванный силами поверхностного натяжения жидкости; 5 - поверхностное натя­жение жидкости, дин/см: cIq - диаметр отвер­стий, м.

Провальная решетчатая тарелка пред­ставляет собой плоский лист с выштампован - ными в нем прямоугольными щелями. Лист перекрывает все сечения колонны и не имеет специальных переливных устройств. Поэтому жидкость с тарелки стекает через те же щели, через которые проходит пар. Верхняя предель­ная нагрузка по пару определяется захлебыва­нием, приводящим к резкому возрастанию со­противления тарелок и сильному колебанию давления в колонне. Нижняя предельная на­грузка по пару соответствует сформировавше­муся вспененному слою и определяется нача­лом устойчивой и эффективной работы тарелок и всего аппарата.

При работе тарелок провального типа при больших диаметрах колонны возникает попе­речная неравномерность, увеличивающаяся при уменьшении скорости пара и приводящая к резкому снижению общей эффективности кон­тактного устройства.

С конструктивным совершенствованием барботажных тарелок можно ознакомиться в литературе [31, 59, 77].

Насадочные колонны. Насадочные ко­лонны применяют сравнительно небольшого диаметра (0,8... 1 м). Это объясняется тем, что в колоннах большого диаметра жидкость и газ могут двигаться через различные сечения, не взаимодействуя друг с другом. Они предназна­чены главным образом для перегонки высоко­агрессивных или вязких продуктов, при созда­нии небольшого перепада давлений или при малом запасе жидкости в колонне. Колонны с высокоэффективной насадкой используют также для разделения компонентов, имеющих близкие температуры кипения.

Насадки. Эффективность колонны опре­деляется типом применяемой в ней насадки, к которым относятся кольца, седла, насадки из сетки, стекловолокна и проволочной спирали, плоскопараллельная и блочные насадки [1].

Наиболее распространены кольца Рашига и их различные модификации: кольца Рашига внутри пустые; кольца Лессинга имеют внут­реннюю перегородку, а кольца Паля - несколь­ко внутренних перегородок. Кольца изготов­ляют из металла, фарфора, керамики, графита и различных пластиков. Диаметр кольца равен его высоте (5... 150 мм). В промышленных ко­лоннах в основном применяют кольца диамет­ром 25 и 50 мм. Кольца загружают в колонну либо в укладку, либо в навал. В укладку загру­жают, главным образом, кольца диаметром 50 мм и выше.

В промышленности широко распростра­нена насадки типа седел Берля и Инталлокс. Седла изготовляют размером 6...35 мм только из керамики и загружают в колонну в навал. На поверхности седел имеются небольшие вы­ступы, что исключает возможность плотного прилегания элементов насадки друг к другу.

5.1.2. Сравнительная характеристика насадок

Вид насадки

Производительность

Число теоретических тарелок на единицу высоты колонны

Относительный перепад давлений на одну теоретическую ступень контакта

Колпачковая тарелка

1

1

1

Кольца Рашига

0,4...0,5

0.75...1

0,5

Кольца Паля

0,6...0,7

1,09

0,36

Седла Берля

0,5...0,9

0,65...0,85

0,30

Седла Инталлокс

0,55...1,0

0,7...0,95

0,25

Насадка Спрейпак

1,3...1,5

1,03

0,3

Насадка Гудлое

1

10

-

Насадка Стедмана

1

10

-

Плоскопараллельная

4...5

0,5

0,25

Стекловолокно

4...5

0,1. ..0,15

1

Насадка Спрейпак состоит из одного или нескольких слоев сетки с ячейками 3... 4 мм.

Сетка гофрируется. В колоннах большого диа­метра насадка монтируется секциями. Насадку Гудлое получают из металлической вязаной сетки, из проволоки диаметром 0,1 мм. Высота пакета насадки 100...200 мм. Насадку Стедма - на изготовляют из гофрированной сетки. Диа­метр проволоки 0.25 мм Сетки образуют фи­гуру, собранную из \ сеченных конусов, сва­ренных друг с другом.

Плоскопараллельная насадка представля­ет собой вертикальные пакеты из плоских или волнистых металлических листов, устанавли­ваемых на расстоянии 10 мм. Аналогичная ей хордовая насадка обычно выполняется из дре­весины.

Насадка из стекловолокна представляет собой пакеты стекловолокна и предназначена для работы в условиях невысоких температур. Она выгодно отличается от остальных насадок; площадь ее свободного сечения достигает 95 %, а удельная площадь поверхности состав­ляет 2990 м2/м3.

Насадка из проволочной спирали, сверну­тая в пружины, обладает крайне низким сопро­тивлением и достаточно высокой производи­тельностью, широко применяется в вакуумных колоннах.

Перечисленные типы насадок не исчер­пывают всего их многообразия. Конструкции насадок постоянно совершенствуются, что яв­ляется проявлением тенденции к интенсифика­ции работы насадочных колонн.

При выборе насадки для конкретных ус­ловий разделения можно воспользоваться дан­ными табл. 5.1.2.

Принцип работы насадочных колонн [1]. Контакт пара и жидкости в насадочной колон­не осуществляется по схеме противотока. Ин­тенсивность контакта зависит от гидродинами­ческого режима. При малых нагрузках по газу жидкость стекает по насадке в виде тонких ла­минарных пленок, слабо контактируя с газом. Такой режим называется пленочным. Повыше­ние скорости газа приводит к увеличению сил трения и турбулизации потоков стекающей жидкости и поднимающегося пара. В результа­те этого жидкость подвисает в насадке и более равномерно распределяется по сечению колон­ны (рис. 5.1.7). Переход от пленочного режима к режиму подвисания характеризуется точкой перегиба на кривой (точкой А), которая назы­вается точкой подвисания и принимается за нижний предел устойчивой работы насадочной колонны.

При увеличении скорости газа в области устойчивой работы движение жидкости стано­вится турбулентным и она раздробляется на тонкие пленки, пронизываемые газом. Начиная с некоторой скорости газа заметно возрастает количество жидкости, удерживаемой в насадке, а в верхней части слоя насадки появляется бар - ботирующая жидкость. Общее сопротивление возрастает еще более резко, и на кривой появ­ляется еще одна точка перегиба (точка В), ко­торую называют точкой захлебывания.

Поскольку дальнейшее увеличение на­грузки приводит к резкому росту сопротивле­ния, сопровождающемуся пульсациями давле­ния, точка захлебывания принимается обычно за верхний предел устойчивой работы колон­ны. Оптимальный режим работы соответствует точке захлебывания или близок к ней. Для эф­фективной и устойчивой работы рабочие на­грузки должны быть на 20 % ниже точки за­хлебывания.

Определение диаметра колонны. Так же, как и для тарельчатой колонны, диаметр наса­дочной колонны определяется в зависимости от максимального расхода паров и допустимой скорости их в свободном сечении колонны, выраженной в долях скорости в точке захлебы­вания [1].

Скорость пара в точке захлебывания оп­ределяется согласно корреляции Шервуда:

Y = Лехр(-4АГ),

КОЛОННЫЕ АППАРАТЫ ДЛЯ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ АБСОРБЦИИ И РЕКТИФИКАЦИИ

Рис. 5.1.7. Зависимость сопротивления насадочных колонн lg Ар от скорости газа lgw при постоянном расходе жидкости:

А - точка подвисания; В - точка захлебывания; АВ - область устойчивой и эффективной работы колонны; АС - режим подвисания; BD - режим захлебывания

СП

Iqur

Где К = ^Рп. Цж0Л6.

,0.25

^СВ Рж

, а - удельная площадь поверхно­

Сти насадки, м /mj; для колец Рашига а = 1,2, седел Берля а = 1,82.

КОЛОННЫЕ АППАРАТЫ ДЛЯ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ АБСОРБЦИИ И РЕКТИФИКАЦИИ

Можно также воспользоваться модифи­кацией этого уравнения:

(5.1.1)

Где к\- коэффициент, определяемый по рис. 5.1.8, а; ~ коэффициент, зависящий от

Конструкции насадки; = yjS ^св /а•

Для вакуумных колонн при давлении 1,33... 101 кПа(насадка - кольца Рашига и Паля) служит уравнение

Ч-0,5

W = 3,\4К

3 Иж V'cb Рж

Где К - коэффициент, определяемый по рис. 5.1.8, б; р' - отношение плотностей рабо­чей жидкости и воды.

КОЛОННЫЕ АППАРАТЫ ДЛЯ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ АБСОРБЦИИ И РЕКТИФИКАЦИИ

1.0

V

Fa

О. г

0,0/ 2 U 6 80,1 2 U 6 1,0

П


А) б)

Рис. 5.1.8. Зависимости для определения коэффициентов к\ уравнения (5.1.1) и А'уравнения (5.1.2)

Аналогичные зависимости имеются и для других видов насадок.

Определение высоты слоя насадки [1]. При достаточно большой высоте слоя насадки (//>0,5 м) режимы движения пара и жидкости в насадочных колоннах ближе к идеальному вытеснению, чем к полному перемешиванию. В связи с этим высоту слоя насадки можно оп­ределять, предполагая сначала, что потоки движутся в режиме идеального вытеснения, а затем учитывать влияние продольного пере­мешивания на общую эффективность извлече­ния компонентов.

Н =

Высоту слоя насадки в процессах абсорб­ции и ректификации при режиме идеального вытеснения определяют из основного уравне­ния массопередачи:

W dy J *

КогаунУ - у

Где w - скорость пара в свободном сечении ко­лонны, м/с; ког - общий коэффициент массо - передачи, выраженный через концентрации компонента в газовой фазе, м/ч; у - массовая концентрация компонента в паре; у* - равно­весная концентрация компонента в паре.

Это же уравнение можно записать в более простом виде:

Н = VWor>

А по эмпирическому методу расчета H = h, KBN,

W

Ук

Где Nor = J Ун

Общее число единиц переноса массы, выра­женное через концентрацию компонента в га­зовой фазе; N - число теоретических тарелок; И0Г - общая высота единицы переноса (ВЕП), выраженная через концентрацию компонента в газовой фазе, м; ИЭКВ - высота насадки, экви­валентная одной теоретической тарелке, м.

Для реальных смесей число единиц пере­носа 7Vor определяется графически как пло­щадь под кривой (рис. 5.1.9).

Dy

Hor =

Nог -

У - у

Для идеальных бинарных смесей мини­мальное число единиц переноса массы при бесконечном орошении определяется по фор­муле

КОЛОННЫЕ АППАРАТЫ ДЛЯ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ АБСОРБЦИИ И РЕКТИФИКАЦИИ

Рис. 5.1.9. Зависимость для определения числа единиц переноса

(^orLin -

1-У/)

При заданном орошении расчет ведется с помощью зависимости, показанной на рис. 5.1.10.

Oc-1 a + 1

Ог

N

Имеется уравнение связи между числом единиц переноса и числом теоретических таре­лок:

N,

2a A + 1

0.2

OA 0,6 *minfR

0,8

Ко

I-xr

In

Где К = — 2

In

При абсорбции, когда равновесная и ра­бочая линии являются прямыми, общее число единиц переноса определяется по уравнению Кольборна:

1

L+O-Jt)-?-

1-А.

У\~Уг і mG где ф = ; К ; у\ - мольная

У 2 - тх 2 L

Доля абсорбируемого компонента в газе, по­ступающем в низ колонны; У2 - мольная доля абсорбируемого компонента в газе, выходящем из верха колонны; Х2 - мольная доля абсорби­руемого компонента в жидкости, поступающей на верх колонны; т - тангенс угла наклона прямой равновесия.

Значения высоты насадки, эквивалентной одной теоретической тарелке (ВЭТТ), и высо­ты единицы переноса массы (ВЭП) по анало­гии с понятиями КПД тарелки и числа единиц переноса в тарельчатых колоннах обозначают эффективность контакта или эффективность насадки.

Эффективность насадочной колонны за­висит от различных факторов: расходных параметров; физических свойств пара и жидкости, ти­па насадки;

Первоначального распределения оро­шающей жидкости;

Размера насадки и материала, из которого она изготовлена;

1 + -

ZJD_ xR

In

Nnr =-

Высоты слоя насадки и способа ее укладки.

Рис. 5.1.10. Зависимость для расчета числа единиц переноса

На эффективность массообмена сильно влияет неравномерность распределения пото­ков по сечению колонны, приводящая к изби­рательному движению пара и жидкости. Пар имеет тенденцию двигаться в центре насадоч­ной колонны, а жидкость - на ее периферии, в результате чего появляется так называемый «сухой конус». Перераспределение потоков увеличивается в колоннах большого диаметра, особенно при плохом распределении фаз по сечению при их поступлении в колонну.

Влияние размера колонны на ее эффек­тивность становится значительным для колон­ны диаметром 600 мм и выше, вплоть до 2,5 м.

"2

Для колонны с насадкой из колец Рашига для ВЭТТ можно воспользоваться уравнением:

0,2

Ирг

^экв ~ ^

4г У

IgT

1-Х'

У

Где X - фактор извлечения; X = mG/L\ т - тан­генс угла наклона касательной к кривой равно­весия; для процессов абсорбции А = 48; щ = = 0,405, «2 = 0,225, щ = 0,045; для процессов ректификации А = 28; П\ = 0,342, = 0,19, п3 = 0,038.

Где dh, dH - соответственно внутренний и на­ружный диаметры кольца; \ - высота одного слоя насадки, м.

Сопротивление орошаемых насадок из колец Рашига определяется из уравнения

1

Ар

(5.1.3)

3 '

^Р сух (а-рл)

3 J v&ab

^сві 2g '

И»ж - скорость жидко­

Сти в свободном сечении колонны, м/с;

Ь = -

\0,3 '

ЦжЯО-^с.)

D - размер насадки.

Значения коэффициентов а и р в уравне­нии (5.1.3) для различных видов насадки при­ведены в табл. 5.1.4.

При высокой плотности орошения [до 150м7(м2 ч)] сопротивление орошаемой насад­ки можно определить при помощи рис. 5.1.11:

Сфж

5.1.3. Значения коэффициента Си показателей степени а и b

Тип

Размер,

С

А

Ъ

Насадки

Мм

9,5

13,1

-0,37

1,24

12,5

43

-0,24

1,24

Кольца Рашига

25

2,31

-0,10

1,24

50

1,46

0

1,24

12,5

25,2

-0,45

1,11

Седла Берля

25

2,06

-0,14

1,11

50

0,016

0,48

0,24

Насадка

75

0,048

0,26

0,24

Стедмана

150

0,032

0,32

0,24

Для колонн с насадками различного типа

Где А ■

Иж& =C(3600wpn)aDbH°'n

Где Н\ = высота слоя насадки между перерас­пределителями жидкости, м; рж - выражена в t/cmj; С, a, b - коэффициенты и показатели сте­пени. зависящие от размера насадок (табл. 5.1.3).

Расчет гидравлического сопротивления слоя насадки [1]. Сопротивление слоя сухой насадки

4PCVX

СУХ d 2 g

\2

Н Рп

W F

V ев J

1 + 5 Ю-5 Rer

СВ J

Где Егж = Ig - критерий Фруда для жид­кой фазы.

Fn

-0,8

X = Fr>K Яеж

1 - Fr

Для приближенного расчета сопротивле­ния слоя орошаемой насадки (кольца Рашига, седла Берля, насадка Инталлокс) высотой 1 м можно воспользоваться уравнением Лева:

Где Н - высота слоя насадки, м; d3KB =

= 4 FcJa.

Для насадки из колец Рашига, загружен­ных в навал,

\ = 140/Rer при Rer - Wn^3KBpn < 40;

Цп^св

X = Іб/Re?-2 при Rer = ^квРп > 40 Ип^СВ

R і

\dnj

X = -

Re

Для насадки из колец Рашига, загружен­ных в укладку,

; A = 3,12 + 17-

0,375

Р^Ри

(5.1.4)

Ар/Н = арпи>210'

5.1.4. Значения коэффициентов Аир уравнения (5.1.3)

Тип колец

А

В

Керамические кольца

Размером:

Менее 30мм

1... 1,65х

1

Более 30мм (А < 0,3)

1

1

Более 30мм (А > 0,3)

1,13

1,43

Стальные кольца

1

1,39

КОЛОННЫЕ АППАРАТЫ ДЛЯ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ АБСОРБЦИИ И РЕКТИФИКАЦИИ

Рис. 5.1.11. К расчету гидравлического сопротивления орошаемой насадки

5.1.5. Значения коэффициентов Аир уравнения (5.1.4)

Тип насадки

Размер (мм)

А

Р-ю8

19

45,5

1460

25

44,4

1400

Кольца Рашига

38

16,7

1300

50

15,5

955

19

33,3

955

Седла Берля

25

22,2

955

38

11,1

730

25

17,2

895

Седла Инталлокс

38

7,8

730

Где L' - расход жидкости на единицу площади поперечного сечения колонны, м3/(м2ч), а и Р - коэффициенты, приведенные в табл. 5.1.5.

На рис. 5.1.12 показана насадочная ко­лонна.

Из вспомогательных узлов колонного оборудования рассчитывают узлы ввода сырья в колонну, устройство для ввода паров под нижнюю тарелку, распределительные устрой­ства для газа (пара) и жидкости, определяют диаметры штуцеров, выбирают опоры колон­ных аппаратов, определяют объем низа колон­ны [30,31,45, 59, 65, 77].

Все прочностные расчеты для колонного аппарата выполняют по существующим норма­тивам, например: толщину стенки обечайки, днища, крышки, испытывающих внутреннее и наружное давление, определяют по ГОСТ 14249. Расчет фланцевых соединений, опор, аппарата на ветровую нагрузку, укрепление от­верстий проводят по соответствующим нор­мам. Конструктивные размеры обечаек, днищ, крышек, штуцеров, тарелок и др. - по справоч­никам и каталогам [30. 36, 59].

КОЛОННЫЕ АППАРАТЫ ДЛЯ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ АБСОРБЦИИ И РЕКТИФИКАЦИИ

Рис. 5.1.12. Насадочная колонна:

I - корпус, 2 - насадка; 3 - люк; 4 - опорная решетка, 5 - распределительное устройство; /- жидкость, //- газ (пар)

Основные технические данные колонн различного типа: тарельчатых царговых и цель­носварных. колонных аппаратов с насыпной и регулярной насадкой царговых и цельносвар­ных, а также параметры форсунок приведены в справочнике [65].

МАШИНОСТРОЕНИЕ

Производство и продажа хонинговальных головок

Хонинговальные головки 36-160 мм. Контакты для заказов хонголовок: Украина: +38 050 457 1330 Россия: delo7.ru - представитель в России hon@msd.com.ua Внимание! Если Вы из-за границы, желательно оставить электронную почту для …

СУШИЛЬНЫЕ АППАРАТЫ ВЗВЕШЕННОГО СЛОЯ

К сушильным аппаратам взвешенного слоя относятся конвективные сушилки кипя­щего слоя, аэрофонтанные и пневматические трубные сушилки, характеризующиеся наличи­ем восходящего потока сушильного газа и взвешенных в нем частиц высушиваемого ма­териала. Сушилки этого …

ФОРМОВОЧНЫЕ МАШИНЫ ЛИСТОВЫХ И ПЛЕНОЧНЫХ МАТЕРИАЛОВ

Методы формования листовых и пле­ночных материалов. Суть метода формования состоит в том, что плоская заготовка из термо­пластичного листа или пленки тем или иным способом нагревается до температуры, соот­ветствующей высокоэластическому состоянию …

Как с нами связаться:

Украина:
г.Александрия
тел. +38 05235 7 41 13 Завод
тел./факс +38 05235  77193 Бухгалтерия
+38 067 561 22 71 — гл. менеджер (продажи всего оборудования)
+38 067 2650755 - продажа всего оборудования
+38 050 457 13 30 — Рашид - продажи всего оборудования
e-mail: msd@inbox.ru
msd@msd.com.ua
Скайп: msd-alexandriya

Схема проезда к производственному офису:
Схема проезда к МСД

Представительство МСД в Киеве: 044 228 67 86
Дистрибьютор в Турции
и странам Закавказья
линий по производству ПСВ,
термоблоков и легких бетонов
ооо "Компания Интер Кор" Тбилиси
+995 32 230 87 83
Теймураз Микадзе
+90 536 322 1424 Турция
info@intercor.co
+995(570) 10 87 83

Оперативная связь

Укажите свой телефон или адрес эл. почты — наш менеджер перезвонит Вам в удобное для Вас время.