КРИТЕРИИ ПОДОБИЯ МАССООБМЕННЫХ ПРОЦЕССОВ
Критерии подобия – это безразмерные комплексы составленные из величин характеризующие процессы переноса и установление связи между переменными.
Критерий Нуссельта, характеризует интенсивность переноса вещества на границе поверхности раздела фаз
Nu=βl/D, где β – коэффициент массоотдачи l – определенный геометр-ий размер D – коэффициент диффузии
Критерий Фурье, характеризует подобие неустановившихся процессов массообмена F0=rD/l2, где r – это время в секундах
Критерий Пекле, характеризует отношение переноса вещества конвекцией (w) к молекулярному переносу (D)
Pe=wl/D, где w – скорость
Критерий Прандтля, характеризует отношение профиля скоростей к профилю концентрации, т.е. толщину гидродинамического и диффузионного пограничных слоев
Pr= Pe/Re=(wl/D)/(wl/ν)=ν/D=µ/ρD Re – критерий Рейнольдса
ν – коэф-нт кинематической вязкости, [м2/с]
µ – коэф-т динамической вязкости [Па*с]
Критерий Био, характеризует перемещение вещества в твердой фазе и является теоретической базой для обработки всех опытных исследований этого процесса
Bi=βl/K, где β – это коэф-т массоотдачи от твердой фазы
l – геометрический коэф-т
К – коэф-т массопроводности
68) НАСАДОЧНЫЕ И ТАРЕЛЬЧАТЫЕ КОЛОННЫЕ АППАРАТЫ, ВИДЫ НАСАДОК И ТАРЕЛОК.
Тарельчатые колонны применяют при рабочем давлении выше атмосферного. Разделение на тарелках более эффективно, чем на насадках. Масса тарельчатой колонны меньше насадочной. Используется при расчете фундамента и несущей способности опорных конструкций. В тарельчатой колонне можно предусмотреть люки, лазы для чистки контактирующих массообменных устройств. Насадочные колонны приходятся разбирать полностью. Система, содержащая твердые вещества, также разделяется в тарелке колонны. В насадочной колонне эти твердые вещества могут забивать свободное пространство насадок. В тарельчатых колоннах свободное сечение больше, поэтому твердые вещества могут проходить свободно. Тарельчатые колонные применяются , если при разделении системы происходит большая отдача теплоты. В тарельчатых колонных отвести тепло можно с помощью промежуточного охлаждения, а также подавать жидкость вовнутрь колонны.
|
|
|
Насадочные колонны применяют при атмосферном давлении и вакууме. Также применяются при разделении при условиях низкого давления, при сильно пенящихся системах. Пена накапливаясь на тарелке, может подняться на выше лежащую тарелку и может произойти захлебывание. Для систем, вызывающих коррозию металла также применяют насадки, при этом их изготавливают из коррозионно-стойкого материала (керамика или пластмасса). При использовании насадочных колонн с большим диаметром эффективность разделения снижается. Все большую популярность приобретает использование чередование тарелок и насадов.
|
|
|
В ректификационных колоннах применяются сотни различных конструкций контактных устройств, существенно различающихся по своим характеристикам и технико-экономическим показателям. При этом в эксплуатации находятся наряду с самыми современными конструкциями контактные устройства таких типов (например, желобчатые тарелки и др.), которые, хотя и обеспечивают получение целевых продуктов, но не могут быть рекомендованы для современных и перспективных производств. При выборе типа контактных устройств обычно руководствуются следующими основными показателями:
а) производительностью;
б) гидравлическим сопротивлением;
в) коэффициентом полезного действия;
г) диапазоном рабочих нагрузок;
д) возможностью работы на средах, склонных к образованию смолистых или других отложений;
е) материалоемкостью;
ж) простотой конструкции, удобством изготовления, монтажа и ремонта.
классификацию контактных устройств
—по способу организации относительного движения потоков контактирующих фаз – на противоточные, прямоточные, перекрестноточные и перекрестнопрямоточные;
|
|
|
—по регулируемости сечения контактирующих фаз – на тарелки с нерегулируемым и регулируемым сечениями.
Насадочные контактные устройства принято подразделять на следующие два типа: нерегулярные и регулярные.
Противоточные тарелки характеризуются высокой производительностью по жидкости, простотой конструкции и малой металлоемкостью. Основной их недостаток – низкая эффективность и узкий диапазон устойчивой работы, неравномерное распределение потоков по сечению колонны, что существенно ограничивает их применение.
Прямоточные тарелки отличаются повышенной производительностью, но умеренной эффективностью разделения, повышенным гидравлическим сопротивлением и трудоемкостью изготовления, они предпочтительны для применения в процессах разделения под давлением.
К перекрестноточным типам тарелок, получившим в современной технологии переработки нефти и газа преимущественное применение, относятся:
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 эжекционными клапанами; клапанные с балластом; комбинированные колпачково-клапанные (например, S-образные и ситчатые с клапаном)
Перекрестноточные тарелки характеризуются в целом (за исключением ситчатых) наибольшей разделительной способностью, поскольку время пребывания жидкости на них наибольшее по сравнению с другими типами тарелок. К недостаткам колпачковых тарелок следует отнести низкую удельную производительность, относительно высокое гидравлическое сопротивление, большую металлоемкость, сложность и высокую стоимость изготовления.
Ситчатые тарелки с отбойниками имеют относительно низкое гидравлическое сопротивление, повышенную производительность, но более узкий рабочий диапазон по сравнению с колпачковыми тарелками. Применяются преимущественно в вакуумных колоннах.
Клапанные и балластные тарелки получают за последнее время все более широкое распространение, особенно для работы в условиях значительно меняющихся скоростей газа, и постепенно вытесняют старые конструкции контактных устройств. Принцип действия клапанных тарелок состоит в том, что свободно лежащий над отверстием в тарелке клапан различной формы автоматически регулирует величину площади зазора между клапаном и плоскостью тарелки в зависимости от газопаровой нагрузки и тем самым поддерживает постоянной (в пределах высоты подъема клапана) скорость газа и, следовательно, гидравлическое сопротивление тарелки в целом. Высота подъема клапана ограничивается высотой ограничителя (кронштейна, ножки).
Балластные тарелки отличаются по устройству от клапанных тем, что в них между легким клапаном и ограничителем установлен более тяжелый, чем клапан, балласт. Клапан начинает приподниматься при небольших скоростях газа или пара. С дальнейшим увеличением скорости газа клапан упирается в балласт и затем поднимается вместе с ним. В результате балластная тарелка, по сравнению с чисто клапанной, значительно раньше вступает в работу, имеет более широкий рабочий диапазон, более высокую (на 15…20 %) эффективность разделения и пониженное (на 10…15 %) гидравлическое сопротивление.Более прогрессивны и эффективны, по сравнению с колпачковыми, комбинированные колпачково-клапанные тарелки. Так, S-образная тарелка с клапаном работает следующим образом: при низких скоростях газ (пар) барботирует преимущественно через прорези S-образных элементов, и при достижении некоторой скорости газа включается в работу клапан. Такая двухстадийная работа тарелки позволяет повысить производительность ректификационной колонны на 25…30 % и сохранить высокую эффективность разделения в широком диапазоне рабочих нагрузок.
Перекрестно-прямоточные тарелки отличаются от перекрестноточных тем, что в них энергия газа (пара) используется для организации направленного движения жидкости по тарелке, тем самым устраняется поперечная неравномерность и обратное перемешивание жидкости на тарелке и в результате повышается производительность колонны.Однако эффективность контакта в них несколько меньше, чем в перекрестноточных тарелках.Среди клапанных тарелок нового поколения можно отметить дисковые эжекционные (перекрестноточные) и пластинчатые перекрестно-прямоточные тарелки, внедрение которых на ряде НПЗ страныпозволило улучшить технико-экономические показатели установок перегонки нефти
Эжекционная клапанная тарелка представляет собой полотно с от- верстиями и переливными устройствами. В отверстия полотна тарелок устанавливаются клапаны, представляющие собой вогнутый диск с просечными отверстиями (каналами) для эжекции жидкости, имеющий распределительный выступ для равномерного стока жидкости в эжекционные каналы. Клапаны имеют 4 ограничительные ножки и 12 эжекционных каналов. Они изготавливаются штамповкой из нержавеющей стали толщиной 0,8...1,0 мм. Масса одного клапана составляет всего 80…90 г (а капсульного с паровым пространством — 5…6 кг). При минимальных нагрузках по парам клапаны работают в динамическом режиме. При увеличении нагрузки клапаны приподнимаются в пределе до упора ограничителей и начинается эжекция жидкости над клапанами, что способствует более интенсивному перемешиванию жидкости в надклапанном пространстве. Распределительный выступ на клапане при остановке колонны способствует полному стоку жидкости с тарелки. Опытно-промышленные испытания показали высокие эксплуатационные их достоинства: устойчивость и равномерность работы в широком диапазоне нагрузок без уноса жидкости; исключительно высокий КПД (≈ 80…100 %), высокая производительность, превышающая на ≈ 20 % производительность колпачковых тарелок, и т. д.
Насадочные колонны применяются преимущественно в малотоннажных производствах и при необходимости проведения массообменных процессов с малым перепадом давления. К насадкам предъявляются следующие основные требования:
1) большая удельная поверхность;
2) хорошая смачиваемость жидкостью;
3) малое гидравлическое сопротивление;
4) равномерность распределения жидких и газовых (паровых) потоков;
5) высокие химическая стойкость и механическая прочность;
6) низкая стоимость.
Насадок, полностью удовлетворяющих всем указанным требованиям, не существует, поскольку некоторые из требований противоречивы, например, пункты 1 и 3. При нормальной эксплуатации насадочных колонн массообмен происходит в основном в пленочном режиме на смоченной жидкостью поверхности насадок. Естественно, чем больше удельная поверхность насадки, тем эффективнее массообменный процесс. Однако насадки с высокой удельной поверхностью характеризуются повышенным гидравлическим сопротивлением. В химической промышленности и нефтегазопереработке применяют разнообразные по форме и размерам насадки, изготавливаемые из различных материалов (керамика, фарфор, сталь, пластмассы и др.)
Основной недостаток нерегулярных (насыпных) насадок, ограничивающий их применение в крупнотоннажных производствах, – неравномерность распределения контактирующих потоков по сечению аппарата. Регулярные насадки, изготавливаемые из сетки, перфорированного металлического листа, многослойных сеток и т. д., обеспечивают более однородное, по сравнению с традиционными насадками из колец и седел, распределение жидкости и пара (газа) в колоннах. Кроме того, они обладают исключительно важным достоинством, таким как низкое гидравлическое сопротивление — в пределе до 1…2 мм рт. ст. (130…260 Па) на 1 теоретическую тарелку. По этому показателю они значительно превосходят любой из известных типов тарельчатых контактных устройств.
Дата добавления: 2019-11-25; просмотров: 1466; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!