Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования
«Оренбургский государственный университет»
Исследование гидродинамики насадочных контактных устройств колонных аппаратов
М.М. Кириллова
В.П. Ханин
С.П. Василевская
Процессы массопередачи проходят на поверхности контакта фаз. Поэтому при конструировании массообменных аппаратов стремятся к созданию развитой поверхности соприкосновения между газом и жидкостью.
Одним из способов повышения эффективности производства нефтегазовой и химической продукции является использование современных высокоэффективных контактных устройств обладающих развитой поверхностью контакта фаз, высокой сепарационной скоростью и относительно невысоким гидравлическим сопротивлением.
При выборе конструкции контактного устройства учитывают их гидравлические и массообменные характеристики. В настоящее время известны сотни различных конструкций тарелок.
Рассмотрим их классификацию по способу передачи жидкости. Различают тарелки со специальными переточными устройствами и тарелки провальные. У тарелок со специальными переточными устройствами жидкость перетекает с тарелки на тарелку отдельно от потока пара через специальные каналы.
Схемы организации движения потока жидкости на тарелках с переточными устройствами:
а -- однопоточная; б -- двухпоточная; в -- четырехпоточная; г -- каскадная
Рисунок 1
Контактирование между жидкой и паровой фазами осуществляется главным образом по схемам перекрестного тока (тарелки с переточными устройствами) (рис. 1,а) или противотока (провальные тарелки) (рис. 1,в). В последние годы получили распространение перекрестно-прямоточные контактные устройства, использующие сочетание перекрестного тока и прямотока в зоне контактирования фаз, что в целом обеспечивает высокие показатели по производительности и эффективности (рис. 1,б). Скоростные прямоточные тарелки (рис. 1,г) обеспечивают контакт пара и жидкости в закрученном восходящем потоке [2].
Для роста производительности тарелки используют для контакта фаз прямоток, а для повышения эффективности взаимодействия фаз предпочитают перекрестный ток или противоток.
К перекрестноточным типам тарелок (характеризуются в целом (за исключением ситчатых) наибольшей разделительной способностью, поскольку время пребывания жидкости на них наибольшее по сравнению с другими типами тарелок.), получившим в современной технологии переработки нефти и газа преимущественное применение, относятся [2]:
1. тарелки с нерегулируемым сечением контактирующих фаз следующих конструкций: ситчатые, ситчатые с отбойниками, колпачковые с круглыми, прямоугольными, шестигранными, S-образными, желобчатыми колпачками;
2. тарелки с регулируемым сечением следующих конструкций: клапанные с капсульными, дисковыми, пластинчатыми, дисковыми инжекционными клапанами; клапанные с балластом; комбинированные колпачково-клапанные (например, S-образные и ситчатые с клапаном) и др.
В РФ свыше 60 % колонн оборудовано клапанными тарелками конструкции ВНИИНЕФТЕМАШ и УкрНИИхиммаш. В настоящее время в периодической научно-технической литературе приведены сведения о разработке новых тарельчатых контактных устройств и модернизации существующих [1]. В работе [3] приведена конструкция ситчатой тарелки, которая отличается повышенной производительностью. Так же увеличение производительности на 20-50% без ущерба для эффективности достигается за счет использования поверхности, расположенной под сливным стаканом, которая тоже имеет перфорации [1].
Основной недостаток нерегулярных тарелок, ограничивающий их применение в крупнотоннажных производствах, - неравномерность распределения контактирующих потоков по сечению аппарата. Регулярные тарелки, обеспечивают более однородное, по сравнению с традиционными насадками из колес и седел, распределение жидкости и пара (газа) в колоннах. Кроме того, они обладают исключительно важным достоинством, таким как низкое гидравлическое сопротивление - в пределе от 1 до 2 мм рт. ст. (130-260 Па) на одну теоретическую тарелку [3, 4].
Это означает, что регулируемые контактные устройства более удобны и практичны в использовании на производстве. На НПЗ ряда развитых стран вакуумные колонны установок перегонки нефти в настоящее время оснащены регулярными насадками, что позволяет обеспечить глубокий вакуум в колоннах и существенно увеличить отбор вакуумного газойля и достичь температуры конца кипения до 600°С [4].
В настоящее время известно много фирм, активно занимающихся разработкой современных насадочных контактных устройств. Рассмотрим самые яркие из них:
Koch-glitsch (Компания Koch-Glitsch предлагает полный ассортимент высокопроизводительных и эффективных массообменных устройств для нефте- и газопереработки, нефтехимии и химии. Компания готова предложить оптимальное и комплексное решение для колонн малых и больших диаметров, работающих под вакуумом и высоким давлением, для процессов с загрязненными средами, для процессов получения особо чистых продуктов) [5].
Sulzer (Ядром Sulzer является контроль потока и аппликаторы. Компания специализируется на насосных решениях, услугах для вращающегося оборудования, а также на технологиях разделения, смешивания и нанесения. Клиенты Sulzer пользуются сетью из более чем 180 производственных и сервисных площадок по всему миру) [6].
Данные компании предлагают широкий выбор контактных устройств. Главной задачей своей продукции они ставят повышение производительности колонны. На некоторых Российских НПЗ уже используют продукцию вышеперечисленных компаний. Однако, недостатки тарелок Отечественного производства полностью не компенсируются, т.к. происходит лишь частичная замена оборудования. Для решения данного вопроса необходим более комплексный подход.
Список литературы
контактный устройство движение жидкость
1. А.Г. Лаптев, Н.Г. Минеев, П.А. Мальковский Проектирование и модернизация аппаратов разделения в нефте- и газопереработке .- Казань: 2002. - 220 с.
2. https://studfiles.net/preview/5760989/page:12/.
3. Масштабный переход в химической технологии: разработка промышленных аппаратов методом гидродинамического моделирования/Розен А.М., Мартюшин Е.И., Олевский В.М. и др. - М.: Химия, 1980. - 320.
4. Лейтес И.Л., Сосна М.Х., Семенов В.П. Теория и практика химической энерготехнологии. - М.: Химия, 1988. - 280 с.
5. http://www.koch-glitsch.com/ru/default.aspx.
6. https://sulzer.com/.