АБСОРБЦИОННЫЕ АППАРАТЫ, ПРИНЦИП РАБОТЫ. НАЗНАЧЕНИЕ И КОНСТРУКЦИИ
КОЛОННЫЕ МАССООБМЕННЫЕ АППАРАТЫ ДЛЯ ПРОЦЕССОВ РЕКТИФИКАЦИИ И АБСОРБЦИИ. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ДИАМЕТРА И ВЫСОТЫ АППАРАТА. КЛАССИФИКАЦИЯ, КОНСТРУКТИВНОЕ ИСПОЛНЕНИЕ И ОБЛАСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ МАССООБМЕННЫХ АППАРАТОВ. ШТУЦЕРА, НАЗНАЧЕНИЕ И СПОСОБЫ УКРЕПЛЕНИЯ ОТВЕРСТИЙ В СОСУДАХ И АППАРАТАХ.
Для обеспечения контактирования потоков пара (газа) и жидкости в процессах ректификации и абсорбции применяются аппараты различных конструкций, среди которых наибольшее распространение получили вертикальные аппараты колонного типа. Аппараты этого типа могут быть классифицированы в зависимости от рабочего давления, технологического назначения и типа контактных устройств. В зависимости от применяемого давления колонные аппараты подразделяются на атмосферные, вакуумные и колонны, работающие под давлением.
По технологическому назначению колонные аппараты подразделяются на колонны атмосферных и атмосферно-вакуумных установок разделения нефти и мазута, колонны установок вторичной перегонки бензинов, каталитического крекинга, установок газоразделения, установок регенерации растворителей при депарафинизации масел и др.
По типу внутренних контактных устройств различают тарельчатые, насадочные и пленочные колонные аппараты. Области применения контактных устройств определяются свойствами разделяемых смесей, рабочим давлением в аппарате, нагрузками по пару (газу) и жидкости и т. п. В тарельчатых аппаратах контакт между фазами происходит при прохождении пара (газа) сквозь слой жидкости, находящейся на контактном устройстве (тарелке). В насадочных колоннах контакт между газом (паром) и жидкостью осуществляется на поверхности специальных насадочных тел, а также в свободном пространстве между ними.
|
|
|
Каждый массообменный аппарат носит наименование конкретного, целенаправленного массообменного процесса.
Ректификационная колона – это аппарат, в котором происходит процесс ректификации, т.е. массообмен между жидкой и паровой фазами для чёткого разделения компонентов. Ректификационные колонны в зависимости от технологического назначения называются: колонна предварительного испарения; основная атмосферная колонна; вакуумная колонна; стабилизационная колонна; колонны вторичной перегонки бензинов; отпарные колонны.
Адсорбер - аппарат, в котором протекает процесс адсорбции, т.е. массообмен между твердой и жидкой фазами для извлечении из смеси нужных компонентов.
Определим высоту колонного аппарата по формуле
Н=(nt-1)Hт+Нсеп+Нкуб,
nт – количество тарелок, Hт – расстояние между тарелками
Высота сепарационной и кубовых зон аппарата зависит от назначения колонны и ее диаметра.
|
|
|
Определение диаметра колонного аппарата
Диаметр колонны определяется из выражения D=sqrt(4Gп/πρпw)
Определим скорость пара в рабочем сечении, 
Колонные вертикальные аппараты могут устанавливаться на лапах, стойках и так называемых юбочных опорах – цилиндрических или конических,
Колонные аппараты с соотношением высоты к диаметру H/D>5, размещаемые на открытой площадке, устанавливают на так называемых «юбочных» (цилиндрических и конических) опорах. Высота цилиндрических опор h3 должна быть не менее 600 мм и выбирается по условиям эксплуатации аппарата.
Материал деталей опор выбирается в соответствии с техническими требованиями ОСТ 26-291-79 При этом предел текучести материала должен быть не менее 210 МПа при температуре 200С. В опорной обечайке должны быть предусмотрены не менее двух отверстий диаметром не более 100 мм (расположенных в верхней части) для вентиляции внутренней полости и один лаз (диаметром 560 мм при D3>800 мм и диаметром 80 мм при D3 ≤ 800 мм), предназначенный для доступа людей в аппарат.
5.КОЛОННЫЕ МАССООБМЕННЫЕ АППАРАТЫ ДЛЯ ПРОЦЕССОВ РЕКТИФИКАЦИИ. ЦАРГОВЫЕ АППАРАТЫ. АППАРАТНЫЕ ФЛАНЦЫ, КЛАССИФИКАЦИЯ.
|
|
|
Колонная аппаратура, предназначенная для разделения углеводородных смесей, для каждого вновь проектируемого .производства, как правило, изготавливается по индивидуальному проекту.
Использование серийно изготовляемой типовой аппаратуры невозможно вследствие влияния различных факторов, например химического состава разделяемых углеводородных смесей, требований к степени чистоты разделения, физических условий проведения процессов (очень высокие или, наоборот, низкие температуры и давления), климатических н сейсмических условий размещения аппаратуры, взаимного размещения технологического оборудования, условий его монтажа и ремонта, коррозионной устойчивости конструкционных мате риалов.
Первые два фактора приводят к различию основных параметров каждой колонны (числа ректификационных тарелок, либо высоты насадки, соотношения отгонной я исчерпывающей частей, мест .ввода смеси и т. д.), а Следовательно, и к разной их высоте и высотному расположению присоединительных штуцеров. Остальные оказывают влияние на конструкцию элементов аппарата, определяющих прочность н устойчивость, долговечность и безопасность эксплуатации, рациональность трубопроводной обвязки (расположение штуцеров по высоте я в плане).
|
|
|
Те же соображения в основном можно отнести и к колонным аппаратам, предназначенным для работы в качестве абсорберов, десорберов н скрубберов, хотя в этих случаях довольно часто появляется возможность использования типовой аппаратуры. Все это необходимо учесть, приступая к эскизному конструированию.
Существующая классификация колонной аппаратуры была приведена в главе I. Эскизное конструнрова-ния колонн .удобно рассмотреть на примере наиболее широко распространенных тарельчатых колонн, отметив в заключение ряд особенностей, характерных для колонн с насадкой.
Свор исходных данных. К Исходным данным относятся:
рабочие условия — давление и температура;
сведения о химических свойствах рабочей среды к се влиянии на конструктивные материалы,
расчетный диаметр колонны;
тип тарелок, их число и минимальное расстояние между ними для тарельчатых колонн или тип насадки п ее минимальная общая высота—для насадочных колонн;
число и место вводов разделяемой смеси (литания);
места установки глухих тарелок;
расход потоков, проходящих соответственно через штуцеры питания, ввода флегмы, ввода кубовой жидкости в кипятильник, возврата паров из кипятильника, подачи острого пара в куб. выхода отогнанных паров, вывода жидкости с глухой тарелки или из куба колонны.
Кроме того, необходимо собрать сведения о монтажных средствах, имеющихся на предполагаемой строительной площадке, и о взаимном расположении оборудования.
Определение формы и размеров аппарата. Существует следующий унифицированный ряд диаметров колонных аппаратов (в мм): 400; 500; 600; 800; 1000; 1200; 1400; 1600; 1800; 2000; 2200; 2400; 2600; 3000. Выбор диаметров 2000 а 2400 мм нежелателен.
Применение колонн перечисленных диаметров дает возможность оснащать их распределительными и бар-ботажными тарелками, серийно -изготовляемыми на ряде машиностроительных заводов. Связанные с этим преимущества вполне очевидны, и поэтому конструирование колони унифицированных диаметров следует считать обязательным. Зная минимальное расчетное расстояние между тарелками и подобрав ближайший больший диаметр из унифицированного ряда, можно из приводимой далее таблицы выбрать унифицированное расстояние между тарелками
Следует, однако, учитывать, что при врезке присоединительных штуцеров минимальое' расстояние между
тарелками должно быть не менее 300 мм. Желательно выдержать это расстояние одинаковым по леей высоте колонны. Принимать расстояние между тарелками менее 300 мм не рекомендуется. Исходя из этн.ч соображений и на основании нормалей НИИХИММЛШ. предлагается следующая таблица размеров (Dвн — внутренняя диаметр аппаратов; / — расстояние между тарелками).
Затем необходимо выбрать конструкцню корпуса колонны, г. е. решить, будет ли он цельносварным млн составленным из отдельных царг — частей, соединяемых с помошью фланцев.
Наличие фланцевых соединений большого диаметра Затрудняет герметизацию аппарата, усложняет его монтаж, часто вызывает необходимость устройства специальной металлической этажерки. поэтому конструирования царговых колонных аппаратов следует избегать. Только колонны небольшого диаметра (до 1000 мм) проектируются как царговые. так как монтаж н испытание барботажных тарелок в цельносварных колоннах такого диаметра весьма затруднительны.
Высота отдельных парт л зависит от диаметра колонны Д и в соответствии с нормалями НИИХИММЛШ не должна превышать величины, указанные в таблице
Выбор высоты -царг нужно вести с таким расчетом, чтобы их фланцевые соединении не оказались на одном уровне со строительными конструкциями перекрытий.
Следовательно, разработку корпуса царговой колонны необходимо проводить одновременно с вычерчиванием се установочного чертежа и созданием эскиза этажерки, предназначенной дли обслуживания этой колонны.
•Максимальная длина аппарата, позволяющая транспортировать его от места изготовлении к месту установки без применения следнальных транспортных средств, составлявляет 25—30 м. Поэтому при конструировании колонны большей длины необходимо наметить места монтажных разъемов и в принципе определить способ их ■соединения (сварной шов, фланцевое соединение, фланцевое соединение с последующей обваркой, пропаЙкоЙ и т. п.).
Начиная с "Внутреннего диаметра 1200 мм все колонные аппараты рекомендуется, проектировать цельноеванными с применением разборных тарелок (Тип ТСК-Р и др.).
Применение разборных тарелок любого типа (сиг-чатых. реше-тчатчх^колпачковых). монтаж-и_демсштаж которых осуществляется через специальные люки, дает возможность в случае необходимости ремонтировать нижнюю и среднюю часть колонны без ее полной разборки; при большом числе тарелок сборку колонны ' можно ускорить, разделив ее на несколько монтажных секций и проводя работы в каждой из них одновременно.
Если почему-либо применение разборных тарелок невозможно, верхняя крышка колонны не приваривает--сч. а присоединяется на фланцах и монтаж ведется через неё-.
люков тарельчатой цельносварной колонны зависит от числа тарелок, расположения обслуживающих площадок и в значительной степени определяет конструкцию корпуса колонны.
При разработке конструкции корпуса необходимо расположить люков ориентировочно через 10 тарелок и Выполнять вспомогательный чертеж, на котором проектируемый аппарат (обычно и масштабе I : 100) дол же.» быть изображен в группе колонных аппаратов и выносных кипятильников, объединенных общими обслуживающими площадками. Такой чертеж (енд сбоку на все колонные аппараты данной группы и план), во-первых, позволяет определить высоту, на которой следует установить колонны, считая от строительной отметки, принятой за нулевую, до начала цилиндрической части колонны. Для каждого отдельного аппарата эта высота зависит от давления (например, потребность в барометрической высоте), условий самотека продукта, способа установке выносного кипятильника и его чистки, а также от характера расположенных рядом строительных конструкций. Во-вторых, такой чертеж позволяет определить отметки, в пределах которых располагается наибольшее количество монтажных люков. Кроме того, этот чертеж дзет возможность откорректировать намеченное ранее расположение люков с таким расчетом, чтобы при минимальном числе площадок обеспечить обслуживание максимально возможного числа монтажных люков (люк не должен быть выше площадки более «ем на 1200—1500мм).
1 Высота пустого пространства в местах установки люков должна быть кратна принятому расстоянию между тарелками и при диаметре колонн до 1400 мм должна быть не менее 600 мм. а при диаметре колонн свыше 1400 мм — не менее 900 мм.
АБСОРБЦИОННЫЕ АППАРАТЫ, ПРИНЦИП РАБОТЫ. НАЗНАЧЕНИЕ И КОНСТРУКЦИИ
Аппараты, в которых осуществляются абсорбционные процессы, называют абсорберами. Как и другие процессы массопередачи, абсорбция протекает на поверхности раздела фаз. Поэтому абсорберы должны иметь развитую поверхность соприкосновения между жидкостью и газом. По способу образования этой поверхности абсорберы можно условно разделить на следующие группы: 1) поверхностные и пленочные; 2) насадочные; 3) барботажные (тарельчатые); 4) распыливающие.
Следует отметить, что аппараты большинства конструкций, приводимых ниже, весьма широко применяются и для проведения других массообменных процессов.
Поверхностные и пленочные абсорберы
В абсорберах этого типа поверхностью соприкосновения фаз является зеркало неподвижной или медленно движущейся жидкости, или же поверхность текущей жидкой пленки.
Поверхностные абсорберы. Эти абсорберы используют для поглощения хорошо растворимых газов (например, для поглощения хлористого водорода водой). В указанных аппаратах газ проходит над поверхностью неподвижной или медленно движущейся жидкости (рис. XI-6). Так как поверхность соприкосновения в таких абсорберах мала, то устанавливают несколько последовательно соединенных аппаратов, в которых газ и жидкость движутся противотоком друг к другу. Для того чтобы жидкость перемещалась по абсорберам самотеком, каждый последующий по ходу жидкости аппарат располагают несколько ниже предыдущего. Для отвода тепла, выделяющегося при абсорбции, в аппаратах устанавливают змеевики, охлаждаемые водой или другим охлаждающим агентом, либо помещают абсорберы в сосуды с проточной водой.
Поверхностные абсорберы имеют ограниченное применение вследствие их малой эффективности и громоздкости.
Пленочные абсорберы. Эти аппараты более эффективны и компактны, чем поверхностные абсорберы. В пленочных абсорберах поверхностью контакта фаз является поверхность текущей пленки жидкости. Различают следующие разновидности аппаратов данного типа: 1) трубчатые абсорберы; 2) абсорберы с плоско-параллельной или листовой насадкой; 3) абсорберы с восходящим движением пленки жидкости.
Трубчатый абсорбер сходен по устройству с вертикальным кожухотрубчатым теплообменником. Абсорбент поступает на верхнюю трубную решетку 1, распределяется по трубам 2 и стекает по их внутренней поверхности в виде тонкой пленки. В аппаратах с большим числом труб для более равномерной подачи и распределения жидкости по трубам используют специальные распределительные устройства. Газ движется по трубам снизу вверх навстречу стекающей жидкой пленке. Для отвода тепла абсорбции по межтрубному пространству пропускают воду или другой охлаждающий агент.
Абсорбер с плоскопараллельной насадкой. Этот аппарат представляет собой колонну с листовой насадкой в виде вертикальных листов из различного материала (металл, пластические массы и др.) или туго натянутых полотнищ из ткани. В верхней части абсорбера находятся распределительные устройства для равномерного смачивания листовой насадки с обеих сторон.
Абсорбере восходящим движением пленки состоит из труб, закрепленных в трубных решетках . Газ из камеры проходит через патрубки, расположенные соосно с трубами.
Абсорбент поступает в трубы через щели. Движущийся с достаточно большой скоростью газ увлекает жидкую пленку в направлении своего движения (снизу вверх), т. е. аппарат работает в режиме восходящего прямотока. По выходе из труб жидкость сливается на верхнюю трубную решетку и выводится из абсорбера. Для отвода тепла абсорбции по межтрубному пространству пропускают охлаждающий агент. Для увеличения степени извлечения применяют абсорберы такого типа, состоящие из двух или более ступеней, каждая из которых работает по принципу прямотока, в то время как в аппарате в целом газ и жидкость движутся противотоком друг к другу. В аппаратах с восходящим движением пленки вследствие больших скоростей газового потока (до 30—40 м/сек) достигаются высокие значения коэффициентов массопередачи, но, вместе с тем, гидравлическое сопротивление этих аппаратов относительно велико.
Насадочные абсорберы
Широкое распространение в промышленности в качестве абсорберов получили колонны, заполненные насадкой — твердыми телами различной формы. В насадочной колонне насадка укладывается на опорные решетки, имеющие отверстия или щели для прохождения газа и стока жидкости. Последняя с помощью распределителя 3 равномерно орошает насадочные тела и стекает вниз. По всей высоте слоя насадки равномерное распределение жидкости по сечению колонны обычно не достигается, что объясняется пристеночным эффектом - большей плотностью укладки насадки в центральной части колонны, чем у ее стенок. Вследствие этого жидкость имеет тенденцию растекаться от центральной части колонны к ее стенкам. Поэтому для улучшения смачивания насадки в колоннах большого диаметра насадку иногда укладывают слоями (секциями) высотой 2—3 м и под каждой секцией, кроме нижней, устанавливают перераспйределители жидкости.
В насадочной колонне жидкость течет по элементу насадки главным образом в виде тонкой пленки, поэтому поверхностью контакта фаз является в основном смоченная поверхность насадки, и насадочные аппараты можно рассматривать как разновидность пленочных. Однако в последних пленочное течение жидкости происходит по всей высоте аппарата, а в насадочных абсорберах — только по высоте элемента насадки. При перетекании жидкости с одного элемента насадки на другой пленка жидкости разрушается и на нижележащем элементе образуется новая пленка. При этом часть жидкости проходит через расположенные ниже слои насадки в виде струек, капель и брызг. Часть поверхности насадки бывает смочена неподвижной (застойной) жидкостью.
Основными характеристиками насадки являются ее удельная поверхность и свободный объем. Свободный объем для непористой насадки обычно определяют путем заполнения объема насадки водой. Отношение объема воды к объему, занимаемому насадкой, дает величину е. В соответствии с формулой эквивалентный диаметр насадки.
Дата добавления: 2019-11-25; просмотров: 1150; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!