Теплонспользующие установки промышленных предприятий

Особенности конструктивного решения ректификационных колонн

Технологическая схема ректификационной ко­лонны зависит от ее назначения и давления в ней, а конструк­ция — от способа организации контакта фаз. Ректифика*цик>

Ми. хи	Л1кі/к
ГЛАВА 11. РЕКТИ­ФИКАЦИОННЫЕ УСТАНОВКИ
Конденсат

Проводят под давлением, равным атмосферному, выше его или под вакуумом. Избыточное давление применяется в тех случаях, когда разделяемая смесь при атмосферном давлении находится 8 газообразном состоянии. Ректификацию под вакуумом прово­дят для разделения смесей с высокой температурой кипення.

К конструкции ректификационной колонны предъявляются следующие требования: высокая разделительная способность и

Производительность; надежность и гибкость в работе; низкие экс­плуатационные расходы; низкая металлоемкость; простота, тех­нологичность изготовления; малые гидравлические сопротив­ления.

Современные ректификационные колонны в зависимости от внутреннего устройства разделяются на насадочные и тарель­чатые.

Насадочные колонны. Применяются главным образом для разделения высокоагрессивных и вязких смесей при незначи­тельных перепадах давления и малых расходах жидкой смеси. Использование высокоэффективных насадок позволяет разде­лять смеси, компоненты которых имеют близкие температуры- кипения. Насадочная колонна — это вертикальная емкость, внут­ренняя полость которой заполнена насадкой в виде твердых тел различной формы: колец, седел, проволочных спиралей и др - (рис, 11.2). Форма насадки — один из существенных факторов, определяющих эффективность работы колонны.

Наиболее распространены кольца Рашига (и их различные модификации), Палля, Ла. ссинга. Диаметр таких колец (25 и

50 мм) равен их высоте. Кольца Рашига внутри пустые, коль­ца Палля имеют несколько внутренних перегородок, кольца Лассннга — одну перегородку. Такие насадки изготавливают из металла, фарфора, керамики, графита и различных пластиков.

Для насадок. «Инталокс» разме­ром от 6 до 35 мм, напоминающих по форме седло, используют кера­мику. Насадка из проволочной спи­рали представляет собой проволо­ку, свернутую в пружину.

Конструктивные решения внут­ренних устройств насадочных ко­лонн обусловлены стремлением к равномерному распределению пото­ков по сечению. С этой целью меж­ду слоями насадки размещают пе­рераспределительные тарелки, при­меняют продольное секционирование по высоте с установкой распре­делителей жидкости и пара, ограни­чивают высоту слоя насадки, разме­щают насадку отдельными слоями, свободное пространство между ко­торыми примерно равно высоте от­дельных слоев насадки (рис. 11.3).

При проектировании насадочных колонн следует ограничивать высо­ту слоя насадки и принимать следу­ющие максимальные соотношения высоты слоя насадки и диаметра колонны: 2,5 3 — кольца Рашига;

5 8—седла «Инталокс»; 5 10 — кольца Палля.

Для увеличения разделительной способности насадочной колонны необходимо ее хорошо теплоизоли­ровать, что также исключит конденсацию пара на внутренней стенке колонны.

Работа насадочной колонны протекает следующим образом. Поднимающийся пар смеси контактирует со стекающей жид­костью и обогащается низкокипящим элементом в результате испарения из жидкости низкокипящего компонента и конденса­ции из пара высококипящего.

К недостаткам насадочных колонн относятся следующие: не­возможность работы с загрязненными жидкостями; неравномер­ное распределение жидкой смеси по сечению и высоте колонны; необходимость обеспечения высокой степени орошения.

Тарельчатые колонны. Наиболее широко такие колонны при­меняются для разделения жидких смесей. В этих колоннах поверхность соприкосновения фаз развивается потоками пара, распределяющегося в жидкости в виде пузырьков и пронизыва­ющего (барботирующего) эту жидкость. Поэтому тарельчатые колонны называют также барботажными.

Ступенчатое прохождение пара в барботажных колоннах осуществляется на расположенных внутри колонн переливных или провально-решетчатых тарелках. К переливным относятся колпачковые, ситчатые, жалюзийно-клапанные тарелки. В кол­пачковых тарелках паровые патрубки закрыты сверху круглыми или прямоугольными колпачками с прорезями на нижних кра­ях для дробления струй пара, барботирующего жидкость, рас­положенную на тарелке.

Жидкость протекает с тарелки на тарелку через перелнвные трубы. Верхний конец переливной трубы должен быть ниже верхнего конца парового патрубка. В противном случае жид­кость может перетекать с тарелки на тарелку через паровой патрубок.

Нижний конец паровой трубы опущен под уровень жидко­сти, находящейся на тарелке, благодаря чему создается гидро­затвор, предотвращающий прохождение пара через переливные трубы.

Современные ректификационные колонны оснащаются колпач­ковыми тарелками типа ТСК-1, ТСК-Р, ТСК-РЦ, ТСК-РБ. Кол­пачковые тарелки наиболее целесообразно применять при не­стабильных нагрузках по газу и жидкости (рис. 11.4).

В ситчатых тарелках пар проходит через расположенные на ней отверстия диаметром 3, 4, 5, 8 мм и барботирует слой жид­кости, находящейся на тарелке. Жидкость на тарелке поддер­живается давлением поднимающегося пара. Высота слоя жид­кости на та-релке (15—40 мм) определяется расположением верхних концов переливных труб (рис. 11.5).

Переливные тарелки (колпачковые, жалюзийно-клапанные и ситчатые) работают следующим образом. Жидкость, посту­пающая на тарелку через переливное устройство вышеле­жащей тарелки, равномерно распределяется по всей плоскости основания тарелки, перетекает к сливной перегородке и далее в сливное устройство. На колпачковых тарелках пары проходят через паровые патрубки и прорези, барботируют через жидкость, образуя вспененный слой. Заданному расходу пара соответст­вует определенная степень открывания прорезей.

На жалюзийно-клапанных тарелках высота подъема клапа­нов зависит от расходного пара. До тех. пор пока клапан не будет полностью открыт, скорость паров, образовавшихся в ще­ли между клапаном и основанием тарелки, остается практиче­ски постоянной. При неполном открывании положение клапа­
нов неустойчиво — по всей длине плоскости тарелки клапаны как бы «дышат», совершая вертикальные колебания. На сетча­тых тарелках газы проходят через отверстия, барботируют че­рез жидкость и создают равномерный вспененный слой.

В провальных тарелках отсутствуют переливные трубы, вследствие чего жидкость стекает с нее через те же щели, через которые проходит пар. В зависимости от формы отверстия (круг или щель шириной 3—4 мм) провальные тарелки называют дыр­чатыми или решетчатыми.

Чтобы повысить производительность и эффективность про­вальных тарелок, необходимо обеспечить равномерное распре­деление потоков по сечению колонны. Для этого тарелки с гоф­рированной поверхностью или с разной толщиной щелей распо­лагают неравномерно по сечению колонны (рис. 11.6),

Ректификационная колонна непрерывного действия состоит из двух ступеней: исчерпывающей — исходная смесь взаимо­действует в противотоке с паром, начальный состав которого аналогичен составу кубового остатка; укрепляющей — пар, поступающий из нижней ступени, взаимодействует в противотоке с флегмой. В исчерпывающей части колонны жидкость обога­щается высококипящими компонентами и обедняется низкоки - пящими. В укрепляющей части пар укрепляется низкокипящим теплоносителем. Границей между двумя ступенями колонны служит питательная тарелка, на которую подаётся исходная смесь, нагретая до температуры кипения. На питательной та­релке она смешивается с флегмой и стекает по тарелкам в куб, обогащаясь высококипящими компонентами.

Из низа колонны часть кубового остатка поступает в кипя­тильник, обогреваемый водяным паром или другими высококи­пящими теплоносителями. Из кипятильника образующийся пар смеси поднимается по колонне снизу вверх. Обогащенный низ­кокипящим компонентом, он поступает в дефлегматор, в кото­ром часть пара конденсируется и в виде флегмы возвращается на верхнюю тарелку укрепляющей части колонны. Остальная часть пара поступает в холодильник-конденсатор и конденсируется.