ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 14

ИССЛЕДОВАНИЕ ГИДРОДИНАМИКИ КОНТАКТНЫХ УСТРОЙСТВ ТАРЕЛЬЧАТЫХ КОЛОНН

1. Цель работы

Ознакомление с устройством, принципом работы тарелок различной конструкции и методикой расчета гидравлического сопротивления тарелки.

2. Содержание работы

1. Ознакомление с принципом работы провальной тарелки и тарелки с переливным устройством.

2. Изучение режимов работы тарелок.

3. Ознакомление с методикой расчета и экспери­ментальным определением гидравлического сопротив­ления тарелок.

3. Теоретическая часть

3.1. Понятия и термины

В данной работе используются следующие поня­тия: контактное устройство, конструкции тарелок, поверхность контакта фаз, газожидкостный слой, эф­фективность работы, рабочая скорость газа, гидрав­лическое сопротивление, барботирование, переливное устройство.

Указанные понятия и термины более подробно из­ложены в учебнике (1, стр. 473—486).

3.2. Основные положения

Интенсивность массообменных процессов опреде­ляется поверхностью взаимодействия между газом и жидкостью в процессе абсорбции, паром и жид­костью в процессе ректификации, а также между дву­мя жидкостями в процессе экстракции. Для увеличе­ния поверхности контакта фаз применяются различ­ные контактные устройства. Наиболее широкое распространение в химической и нефтехимической промышленности получили тарельчатые колонны, в которых контактными устройствами являются тарел­ки, расположенные по высоте колонны на определен­ном расстоянии друг от друга.

По своей конструкции тарелка представляет со­бой перегородку, в которой имеются отверстия для прохода жидкости и газа (пара).

В настоящее время разработаны самые разнооб­разные конструкции тарелки, которые значительно отличаются по своим технико-экономическим показа­ниям. Сравнение различных конструкций тарелок проводится по следующим параметрам:

производительности по газу и жидкости,

гидравлическому сопротивлению,

эффективности работы,

диапазону устойчивости работы,

простоте конструкции и металлоемкости,

возможности работы с загрязненными средами.

Идеальной конструкции тарелки, которая бы име­ла самые высокие показатели по приведенным пара­метрам, не существует, поэтому выбор той или иной конструкции тарелки определяется, прежде всего, достижением заданного технологического эффекта.

Тарельчатые колонны относятся к аппаратам со ступенчатым обновлением поверхности контакта фаз.

Рис. 14.1. Схема работы тарельчатой колонны:

а — с провальными тарелками; в — с тарел­ками, имеющими пере­ливные устройства

Газ (пар), проходя через контактные элементы та­релки, барботирует через слой жидкости на тарелке, образуя газожидкостный слой. Чем лучше распреде­лены пузырьки газа в жидкости, тем больше поверх­ность контакта фаз.

По характеру перетекания жидкости с тарелки на тарелку контактные устройства со ступенчатым об­новлением поверхности взаимодействия фаз подраз­деляются: тарелки провального типа и тарелки с пе­реливными устройствами. Принципиальное их разли­чие состоит в том (см. рис. 14.1), что в тарелках провального типа жидкость и газ (пар) проходят че­рез одни и те же отверстия в тарелке, а в тарелках с переливными устройствами газ проходит через от­верстия контактного элементе, а жидкость, пройдя по поверхности тарелки, перетекает на нижерасполо­женную тарелку через переливное устройство. Из та­релок провального типа наиболее широкое распрост­ранение получили ситчатые и решетчатые тарелки. В ситчатых тарелках выполнены круглые отверстия диаметром от 3 до 8 мм, в решетчатых—щели.

Основными преимуществами тарелок провального типа являются высокая производительность, низкое гидравлическое сопротивление и небольшая металло­емкость, а к недостаткам следует отнести узкий диа­пазон устойчивой работы.

В химической и нефтехимической промышленно­сти из тарелок с переливными устройствами приме­няются в основном клапанные, колпачковые, ситчатые с отбойными элементами, струйные и тарелки с S-образными элементами.

В клапанных тарелках контактный элемент для прохода газа (пара) по виду похож на клапан, ко­торый способен изменять проходное сечение в зави­симости от нагрузки по пару (газу).

В колпачковых тарелках паровой патрубок при­крыт колпачком, через прорези которого газ, распы­ляясь, барботирует через слой жидкости на тарелке.

В тарелках с S-образными элементами контакт­ные элементы в сечении имеют форму буквы S. Та­релка набирается из этих элементов.

В зависимости от скорости газа (пара) различают следующие режимы работы тарелок: пузырьковый, пенный, струйный. При небольшой скорости в отвер­стиях контактного устройства газовый поток распы­ляется на пузырьки, которые контактируют с жидкой фазой, образуя на тарелке газожидкостный слой. Та­кой режим называют пузырьковым. С увеличением скорости газа (пара) на тарелке образуется пенный слой. При этом режиме поверхность контакта фаз бу­дет максимальной. Пенный режим переходит в струй­ный, когда при большой скорости газа пузырьки, сли­ваясь друг с другом, образуют газовые струи, кото­рые могут прорываться сквозь жидкости на тарелке. Поверхность контакта фаз снова уменьшается. При дальнейшем увеличении скорости газового потока на­ступает захлебывание колонны.

Таким образом, для тарельчатых колонн сущест­вуют минимальная скорость газа, при которой начи­нают работать все отверстия контактного устройства, и предельная скорость, близкая к скорости захлебы­вания колонны. Значение рабочей скорости находится между этими предельными значениями.