3 Ректификационная колонна

3.1 Ректификация

Ректификация — массообменный процесс, который осуществляется в большинстве случаев в противоточных колонных аппаратах с контактными элементами (насадки тарелки), аналогичными используемыми в процессе абсорбции. Поэтому методы подход к расчету и проектированию ректификационных и абсорбционных установок имеют много общего. Тем не менее ряд особенностей процесса ректификации (различие соотношение нагрузок по жидкости и пару в нижней и верхней частях колонны, переменные по высоте колонны физические свойства фаз и коэффициент распределения, совместное протекание процессов массо- и теплопереноса) осложняет его расчет.

3.2 Колпачковые ректификационные колонны

Наибольшее распространение получили ректификационные колонны с колпачковыми тарелками. Колпачковые тарелки отличаются большим разнообразием форм, конструкций, размеров и способов крепления колпачков. Колпачки могут быть круглыми, многоугольными и прямоугольными.

Колпачковые тарелки изготавливаются в двух исполнениях: многоколпачковые (капсульные) для чистых жидкостей (рис) и одноколпачковые для жидкостей, содержащих взвешенные и твердые частицы.

Многоколпачковые медные тарелки соединяются с обечайкой колонны жестко (с помощью пайки, сварки, вальцовки), стальные тарелки делаются съемными, а при диаметре 1000 мм и более – разборными, состоящие из опорный рамы и 2-4 секций. Представлен один из способов уплотнения между тарелкой и обечайкой колонны.

Многоколпачковые медные тарелки изготавливаются диаметром от 400 до 2000 мм. В таблице дана характеристика нормализованных медных многоколпачковых и одноколпачковых тарелок

Таблица 1 - Характеристика нормализованных медных многоколпачковых тарелок

Диаметр, мм	Относительное свободное сечение, %		Длина сливной планки, мм	Число
	Тарелки	Перелива		Колпачков	Стоек	Кронштейнов
500	11,36	1,99	378	11	-	6
600	9,11	2,33	477	13	-	6
700	9,3	2,6	534	18	1	6
800	10,99	1,99	570	28	1	6
900	11,21	2,52	660	36	1	6
1000	12,08	2,04	671	48	1	6
1200	10,77	1,68	883	62	1	8
1400	11,47	1,49	988	90	5	8
1500	12,04	1,98	1008	108	5	10
1600	12,5	1,74	1068	128	5	10
1800	13,29	1,38	1190	172	5	12
2000	13,5	1,69	1264	216	7	16

Таблица 2 - Характеристика нормализованных медных одноколпачковых тарелок

Диаметр мм	Межтарелочное расстояние, мм	Относительное свободное сечение, %		Удельный периметр барботажа м/м2	Число болтов
		Тарелки	Перелива		На воротнике	На колпаке
800	240	23,6	3,20	5,796	6	4
1000	240,280	30,64	2,05	4,992	8	6
1200	280,340	32,39	2,48	4,349	8	6
1400	280,340	35,78	1,82	3,951	12	8
1600	280,340, 500	35,07	2,24	3,511	16	8

Относительное свободное сечение многоколпачковой тарелки, т.е. суммарное сечение горловин всех колпачков, составляет 9-13% по отношению к площади сечения колонны. Диаметр колпачков 80 мм; диаметр горловин 55мм, высота горловин 38 мм, высота колпачков 55 мм. Колпачки на тарелке устанавливаются с шагом около 110 мм по вершинам равносторонних треугольников. Площадь тарелки, занятая колпачками (рабочая площадь), обычно составляет 80-82 % от общей площади тарелки; остальная площадь занята двумя сегментами переливных устройств. Переток жидкости с тарелки, как правило, осуществляется через 2-3 цилиндрических либо один эллиптический или призматический стаканы. Относительное сечение переливных стаканов 1,38-2,6 % от общей площади тарелки. Расстояние между нижней кромкой сливного стакана и нижележащей тарелкой должно быть не менее 40 мм (для колонн диаметром 1 м – 25 мм), а скорость движения жидкости в самом узком сечении переливного устройства – не более 0,05 м/с при межтарелочном расстоянии – 170 мм. С увеличением межтарелочного расстояния скорость может быть увеличена до 0,1 – 0,15 м/с.

Сегменты переливных устройств отделены от рабочей части тарелки приточной и сливной планками. Высота приточной планки 65 мм, сливной – 30-35 мм. Для придания жесткости медным тарелкам при диаметре 700-1200 мм между тарелками устанавливают 1 стойку (по центру), при диаметре 1400-1800 мм –5 стоек, при диаметре 2000 мм - 7 стоек. Ситчатые тарелки, как правило, укладывают на радиальные балочки сечением 10х60 мм, которые опираются на кронштейны, прикрепленные к обечайке, и центральную стойку.

Стойки могут быть непрерывными по всей колонне с опорой на днище колонны или непрерывными в пределах одной царги. В последнем случае стойки опираются на балки, расположенные под нижней тарелкой царги.

Многоколпачковые тарелки должны иметь не менее 3 дренажных отверстий диаметром 5-8 мм на случай подготовки колонны к проведению ремонтных работ. Одно отверстие делается в приточном сегменте тарелки, а два – в рабочей части полотна тарелки.

Стальные нормализованные многоколпачковые тарелки изготавливаются диаметром 400-2000 мм и более. При диаметре 400-800 мм их делают съемными из одного диска, при диаметре 1000 мм и более – разборными, состоящими из прикрепленной к обечайке опорной рамы и 2-4 съемных секций рабочей части тарелки.

Одноколпачковые тарелки состоят из кольцевого лотка (основание тарелки), колпака и воротника. Между основанием тарелки, колпаком и воротником делается кольцевой зазор шириной 35 мм. Через зазор проходит пар, барботируя через слой жидкости 25-30 мм, который удерживается на основании тарелки благодаря наличию съемной воронки переливного стакана. Воронка выступает над основанием тарелки на высоту 60-65 мм. Нижняя кромка переливных стаканов не доходит до основания нижележащей тарелки на высоту 40 мм.

Воротник жестко крепится к стенке обечайки (царги) колонны, а к основанию тарелки – с помощью 6-16 анкерных болтов. Колпак также связан с основанием тарелки посредством анкерных болтов (4-8 шт.). Колпак по центру связан с опорной стойкой, проходящей по всей высоте колонны.

Одноколпачковые тарелки делают диаметром от 800 мм до 1600 мм (не более), т. к. при большем диаметре значительно уменьшается периметр барботажа, что приводит к понижению КПД тарелки. В обечайке над каждой тарелкой для чистки делают люк диаметром 180-200 мм или лаз ( при межтарелочном расстоянии 500 мм ) диаметром 350-400 мм либо 285х400 мм.

При изготовлении одноколпачковых тарелок из нержавеющей стали воротник, колпак и основание тарелки могут быть жестко связаны с помощью сварки.