Материал: borisenko

Для жидкости распределители из труб применяют в случаях, когда необходимо большое свободное сечение для прохода газа (до 50 %).

Рисунок 4.15 Распределительные устройства

а) желоба для распределения жидкости, б) паук из труб, в) коллектор из труб, г) отражатель

Отражательные распределители (рисунок 4.15г) с успехом применяются как для парового, так и для жидкостного потоков. Они отличаются простотой конструкции и высокой производительностью, мало засоряются и обеспечивают равномерное распределение потока даже в аппаратах сравнительно большого диаметра. Ширина кольцевых каналов в распределителе ~ 8-10 мм.

Корпуса и внутренние устройства серийно выпускаемых насадочных колонн изготовляют из тех же материалов, что и тарельчатые массообменные аппараты. Насадки могут быть регулярными (правильно уложенными), либо нерегулярными (засыпанными навалом).

4.2.2 Конструкции нерегулярных насадок

насадка в виде колец Рашига и их модификаций. Это кольца из металла, фарфора, керамики, пластмасс диаметром 5-150 мм и высотой 1-1.5 диаметра (в промышленных колоннах чаще всего используют кольца размерами 25х25 мм из металла и 50x50 мм из полипропилена, см. рисунок 4.16а). Насадка Рашига малоэффективна, а ее популярность вызвана невысокой стоимостью.

76

Для повышения эффективности массообмена кольцевую насадку делают перфорированной и с внутренними перегородками. В Германии предложена кольцевая насадка размером 50x50 мм из коррозионно-стойкой стали – так называемые кольца Палля (рисунок 4.16б). На цилиндрической поверхности насадки выштампованы и отогнуты вовнутрь лепестки шириной 10 мм. Механическую прочность насадки обеспечивают кольцевые гофры.

Разновидностью колец Палля является выпускаемая в США насадка "Хай-пак", отличающаяся числом и расположением лепестков (рисунок 4.16в).

Седлообразная насадка имеет большую удельную поверхность и высокую способность к перераспределению жидкости по сечению колонны. Такую насадку выпускают главным образом виде седел "Инталокс" (рисунок 4.16г) и седел Берля (рисунок.16д) из керамики и пластмассы. Модификации седел "Инталокс" имеют отверстия в центре седла, что повышает ее эффективность, и гофры на краях, улучшающие перераспределение жидкости.

4.2.3 Конструкции регулярных насадок

Регулярная насадка отличается от нерегулярной меньшим гидравлическим сопротивлением и поэтому чаще всего используется для процессов вакуумной ректификации. К недостаткам аппаратов с регулярной насадкой можно отнести их высокую чувствительность к равномерности орошения.

Простейшая регулярная насадка - плоскопараллельная - представляет собой пакеты, набираемые из плоских вертикальных металлических пластин толщиной 0.4-1.2 мм, расположенных параллельно с одинаковым зазором 10-20 мм. Высота пакета пластин 400-1000 мм. Наружный диаметр пакета соответствует внутреннему диаметру колонны. Для повышения равномерности распределения жидкости в колонне пакеты устанавливают один над другим взаимно повернутыми на угол 45-90°. Эта насадка может устойчиво работать нагрузках по газу F = 3.5-8 в широком диапазоне плотностей орошения (0.3-50 м3/м2/ч). В зависимости от производительности, высота насадки, эквивалентная одной теоретической ступени, колеблется в пределах 0.6-1.5 м при гидравлическом сопротивлении 1 м насадки 70-300 Па. Недостатки этой насадки - высокая металлоемкость, сравнительно низкая эффективность, плохое перераспределение жидкости. Для устранения последнего недостатка листы плоскопараллельной насадки выполняют с рифлением или с различными турбулизирующими элементами. Так, насадка конструкции ЛТИ им. Ленсовета (рисунок 4.17а) состоит из вертикальных, параллельно расположенных листов, имеющих поперечные окна с отогнутыми лепестками, причем соседние по высоте лепестки отогнуты в противоположные стороны. Газ, поднимаясь по колонне, проходит через окна, многократно меняя направление движения при ударе о лепестки. Жидкость, стекая по насадке с лепестка на лепесток, распыляется восходящим газовым потоком.

77

Основное

преимущество

насадки привариваются точечной сваркой. Разновидностью гофрированной насадки является Z-образная насадка, которую изготавливают из перфорированного листа (рисунок 4.17г). По основным технологическим параметрам эта насадка на 1520 % превосходит плоскопараллельную.

Щелевая, или сотовая насадка (рисунок 4.17д) образована из гофрированных вертикальных листов так, что по высоте пакета образуются изолированные вертикальные каналы. Листы соединены в пакеты высотой 400-1000 мм точечной сваркой. К преимуществам этой насадки относятся значительно более высокая (в 2-3 раза), чем плоскопараллельной насадки, удельная поверхность, а также возможность нагревать или охлаждать контактирующие фазы, поскольку каналы, образованные гофрами, пригодны для подачи в них теплоносителя или хладагента.

Хорошие характеристики имеют насадки из проволочной сетки. Примером могут служить насадка Гудлоу и насадка "Зульцер" - пакеты свернутой в рулон гофрированной проволочной сетки (диаметр проволоки 0,1 мм), высота пакета насадки

100-200 мм (рисунок 4.17е,ж).

В последние годы за рубежом разработаны новые высокоэффективные насадки, способные работать при плотности орошения до 200 м3/м2/ч и при нагрузках по газу F = 5-8. Эти насадки обеспечивают значительное (до 5-6) число теоретических

78

ступеней на 1 м высоты и небольшое гидравлическое сопротивление (до 150 Па на 1 м высоты). Примером может служить насадка "Роли пак", образованная ярусами наклонных листов с прорезями (рисунок 4.17з). В таблице 4.1 дана сравнительная характеристика различных насадок.

Регулярную насадку используют в вакуумных стальных колонных аппаратах диаметром 400-3600 мм, предназначенных для разделения термически нестойких и легко полимеризующихся органических смесей при остаточном давлении рабочей среды 0.25-100 КПа и температуре от 0 до 300 °С.

Таблица 4.1 Основные характеристики насадок различных типов

При выборе типа аппарата, работающего при атмосферном или повышенном давлении, необходимо учитывать, что максимальная плотность орошения в аппаратах с нерегулярной насадкой достигает 300 м3/м2/ч ( ~ на 30 % больше, чем для аппаратов с регулярной насадкой). При небольших нагрузках по газу (F = 4-5) целесообразно использовать нерегулярную насадку. При больших нагрузках следует использовать регулярную насадку с каналами, обеспечивающими преимущественный проход газовой фазы.

4.2.4 Технологический расчет насадочных колонн

Диаметр насадочной колонны определяется так же, как и тарельчатой. Необходимая высота насадки

Нн = Nт·hэ,

где hэ – высота насадки, эквивалентная одной ступени изменения концентраций компонентов, которая определяется по скорости газа и виду насадки, например, для керамических колец Рашига размерами 25х25 мм и скорости газа 0.5 м/с hэ ~ 0.2 м.

Гидравлическое сопротивление смоченного слоя этой насадки рекомендуют определять по формуле

79

где Dp = l × Hн ×vг ×rг – сопротивление сухой насадки, 2×dэ

λ – коэффициент сопротивления, зависящий от режима движения газа,

dэ = 4·Vн/σн – эквивалентный диаметр насадки, Vн – свободный объем насадки (м3/м2),

σн – удельная поверхность насадки (м2/м3),

по насадке.

80