Расчёт колоны

У межах полотна тарілки плин рідкої фази можна направити по горизонтальній поверхні або по злегка похилій убік зливу як в одному рівні, так і каскадом (рис. 2.1.1, г). Застосування каскадних тарілок дозволяє зменшити значення градієнта рівня рідини, що забезпечує в колонах великого діаметра більше ефективну роботу тарілок. Однак у цьому випадку збільшується відстань між тарілками й ускладнюється конструкція полотна.

При низьких значеннях навантаження по рідині звичайно використовують переливні труби (рис. 2.1.1, д) або спеціальні конструкції переливів з кільцевим рухом рідини на тарілці (рис, . 2.1.1е). В останньому випадку корпус апарата й полотно тарілки розділяються вертикальною перегородкою на дві частини, що дозволяє вдвічі зменшити довжину зливальної перегородки й збільшити навантаження по рідині на одиницю довжини зливальної перегородки.

Прагнення збільшити продуктивність колони по паровій фазі привело до розробки переливних пристроїв (рис.2.1.1, ж), оснащених у місці уведення рідини на тарілку додатковою горизонтальною перегородкою, під якою розташовуються контактні елементи (отвору, клапани й т.д.). Така конструкція усуває «мертві» зони під зливальною кишенею, що дозволяє збільшити продуктивність колони на 10+20 %.

 Конструкції тарілок, наведених на рис. 2.1.1, з і 2.1.1, і, оснащені спеціальними переливними пристроями, розподіленими по полотну й не доходять до нижележащей тарілки. Застосування таких тарілок доцільно при підвищених навантаженнях по рідині. Тарілки із двома зонами контакту фаз (рис, 2.1.1, і) забезпечують взаємодія рідини й пари як у барботажном шарі на полотні тарілки, так і в стікаючих струменях, що збільшує ефективність массопередачі.

Змн.

Арк.

№ докум.

Підпис

Дата

Арк.

14

 

Рис.2.1.1 Різні схеми організації руху потоку рідини на тарілках з переливними пристроями; а - однопотокова; б - двухпоточна; в - четырехпоточна; г - каскадна; д – з-переливними трубами; е - з кільцевим рухом рідини на тарілці; ж-тарілка фірми"Сшвс"; з - многосливна тарілка; і - із двома зонами контакту фаз.

Контакт між рідкою й паровою фазами здійснюється головним чином по схемах перехресного струму (тарілки з переливними пристроями) (рис.2.1.2, а) Змн.

Арк.

№ докум.

Підпис

Дата

Арк.

15

або противотока (провальні тарілки) (рис. 2.1.2, в). В останні роки одержали поширення перекресно-прямоточні

Рис. 2.1.2 Основні схеми руху пари й рідини в контактній зоні тарілки

а - перехресний струм; б - перехресний прямоток; в - противоток; г – прямоток

 

контактні пристрої, що використовують сполучення перехресного струму й прямотока в зоні контакту фаз, що в цілому забезпечує високі показники по продуктивності й ефективності (рис. 2.1.2, б). Швидкісні прямоточні тарілки (рис. 2.1.2, г) забезпечують контактування пари й рідини в закрученому висхідному потоці. По характері диспергирования взаємодіючих фаз розрізняють тарілки барботажного й струминного типів. На тарілках пар (газ), диспергируясь на дрібні пухирці й струмені, з великою швидкістю проходить через шар рідини. Називається піною, що образующаяся при цьому газожидкостная система. Режим взаємодії фаз, коли пара є дисперсною фазою, а рідина суцільною фазою, називається барботажным, а тарілки, що реалізують цей режим роботи, називаються барботажными. У барботажных тарілок елементи контактних пристроїв (ковпачки, клапани, отвори) створюють у шарі рідини рух пари майже у вертикальному напрямку. Барботажный режим має місце при відносно невеликих швидкостях пари.

Тарілки барботажного типу можуть мати стиснуте або вільне дзеркало барботажа (рис. 2.1.3). У тарілок зі стиснутим дзеркалом барботажа частина поверхні рідини, через яку пара виходить у межтарельчатое простір, зайнята контактними пристроями - жолобчастими або круглими ковпачками (приблизно від 40 до 75 %), тому площа для виходу пари з рідини становить 25 - 60 % робочої площі тарілки. У тарілок з вільним дзеркалом барботажа пристрою для уведення пари в рідину розміщені практично на одному рівні з Змн.

Арк.

№ докум.

Підпис

Дата

Арк.

16

полотном  тарілки (отвору, клапани й т.п.), внаслідок чого пара може виходити із шару рідини в межтарельчатое простір практично в будь-якому місці барботажного шару. Площа для виходу пари з рідини в цьому випадку становить 70 - 90% робочої площі тарілки.

Рис. 2.1.3 Схеми барботажньїх тарілок зі стиснутим (а) і вільним (б)

дзеркалом барботажа. Дзеркало барботажа заштриховане

 

При більших швидкостях пари дисперсною фазою стає рідина, а пара - суцільною фазою. Контакт між фазами здійснюється на поверхні крапель і струменя рідини, що рухаються в межтарельчатом просторі з великою швидкістю.

Цей режим називається струминним, а контактні пристрої, засновані на цьому принципі взаємодії фаз, - струминними.

При струминному режимі контакт між парою (газом) і рідиною здійснюється в прямотоке. Необхідно відзначити, що при реалізації чистого прямоточного руху контактуючих фаз, незважаючи на значне підвищення продуктивності апарата, ефективність такої взаємодії в межах окремого контактного елемента звичайно невисока й обмежена умовами досягнення рівноваги на виході з області контактної зони, де здійснюється прямоток фаз. Для підвищення загальної ефективності взаємодії контактуючих фаз прибігають до різних способів локалізації (компенсації) прямотока.

Змн.

Арк.

№ докум.

Підпис

Дата

Арк.

17

Залежно від конструкції пристроїв для уведення пари в рідину розрізняють ситчаті (дірчасті), колпачкові, клапанні, язичкові (лускаті) і інші типи тарілок.

Напрямок уведення газу (пари) у рідину й характер взаємодії фаз у зоні контакту впливають на продуктивність і ефективність роботи тарілки, а також на залежність ефективності тарілки від навантаження по парі.

Для підвищення продуктивності тарілки використовують для контактування фаз прямоток, а для підвищення ефективності взаємодії фаз віддають перевагу перехресному струму або противоток. Оптимальне сполучення зазначених характеристик забезпечує реалізацію найбільш високих експлуатаційних показників тарілчастих контактних пристроїв.

У насадочних колонах, у яких висота в багато разів більше діаметра, шар насадок розділяють на ділянки висотою, рівної 4-5 діаметрам колони, між якими встановлюють пристрої, що перерозподіляють потоки рідини.

 

Рис 2.1.5 Елементи насадок

 

 

Змн.

Арк.

№ докум.

Підпис

Дата

Арк.

18

3. Вибір типу  абсорбера

 

Усі перераховані типи абсорберів мають свої достоїнства і недоліки. Поверхневі абсорбери малоефективні  і мають обмежене застосування, головним чином для абсорбції невеликих  кількостей добре розчинних газів.

Перевагою розпорошувальних абсорберів є їх простота і дешевизна, низький гідравлічний опір, а недоліками -  додаткові витрати енергії на те, що розпиляло рідини, велика щільність зрошування і трудність регулювання подання великої кількості рідині

Перевагою барботажних абсорберів є хороший контакт між фазами і можливість роботи при будь-кому, у тому числі і низькому, витраті рідини, крім того у барботажних абсорберах легко здійснити відведення теплоти. Основний недолік барботажних абсорберів складність конструкції і високий гідравлічний опір.

Насадні колони - найбільш поширений  тип абсорберів. Перевагою їх є  простота пристрою, особливо важлива  при роботі з агресивними середовищами, оскільки в цьому випадку потрібно захист від корозії тільки корпуси  колони і підтримувальних насадку  грат, насадка ж може бути виконана з хімічно стійкого матеріалу. Важливою перевагою насадних колон нижче, ніж у барботажних абсорберах, гідравлічний опір. Проте насадні колони мало придатні при роботі із забрудненими рідинами, при малих витратах рідини і при великих тепловиділеннях.

В результаті абсорбції суміші метиловий спирт-вода утворюється  розчин є корозійно-активним, тому вибираємо  насадний тип абсорбера з керамічною насадкою.