41 Вопрос.

Колонные аппараты представляют собой вертикальные (постоянного или переменного сечения) цилиндрические (с отношением высоты к наименьшему диаметру H/D > 5) сосуды с внутренними устройствами (например, в виде тарелок или насадки), предназначенные для осуществления в них тепломассообменных процессов. К ним относятся также вертикальные комбинированные или агрегатированные аппараты, представляющие собой расположенные друг над другом различные по конструкции и технологическому назначению несколько сосудов, жестко соединенных между собой. Чаще всего колонные аппараты устанавливают на открытых площадках, так как обычно они имеют большие габаритные размеры (диаметр от 0,4 до 10,0 м и высоту 50,0 ... 60,0 м и более).

Массообменными называют процессы, в которых происходит переход веществ из одной фазы в другую диффузией при определенных рабочих условиях. К таким процессам относятся абсорбция, адсорбция, десорбция, ректификация, экстракция и др.

По назначению различают колонные аппараты:

• абсорберы  аппараты, в которых проводят абсорбцию, т.е. процесс избирательное поглощение газов или паров жидкими поглотителями;

• адсорберы  аппараты, предназначенные для избирательного поглощения газов, паров или растворенных в жидкостях веществ на поверхности твердого поглотителя;

• десорберы  аппараты, в которых протекает процесс, обратный абсорбции, т. е. выделение поглощенного газа из поглотителя-абсорбента;

• ректификационные аппараты, предназначенные для проведения процесса ректификации  разделения жидкой смеси на компоненты при взаимодействии потоков пара и жидкости;

• экстракторы  аппараты для проведения процесса экстракции, т.е. избирательного извлечения отдельных компонентов из смеси жидких или твердых веществ с помощью растворителей (экстрагентов); и другие.

По способу образования поверхности контакта взаимодействующих фаз различают колонные аппараты:

• с фиксированной поверхностью фазового контакта (пленочные, полочные и распылительные аппараты);

• с поверхностью контакта, образуемой в процессе движения потоков (тарельчатые и насадочные аппараты);

• с внешним подводом энергии (аппараты с перемешивающими устройствами, пульсационные, ротационные).

Все колонные аппараты конструктивно состоят из рассмотренных на предыдущих лекциях унифицированных и стандартных элементов (рис. 2.1): крышек, обечаек, днищ, штуцеров, бобышек, фланцев, люков, опор, внутренних устройств.

Наиболее ответственным конструктивным элементам, несущим нагрузку от давления среды, силы тяжести аппарата и внешних сил (ветра, сейсмических воздействий и др.), является корпус колонного аппарата. В зависимости от диаметра и давления корпуса колонных аппаратов изготовляют трех типов:

1) из отдельных царг (при D = 400 … 1000 мм и P_У ≤ 1,6 МПа), соединяемых между собой фланцами на прокладках (крышку и днище крепят таким же способом; такой корпус нет необходимости снабжать люками-лазами);

2) цельносварные с крышкой на фланцах (для осмотра в корпусе предусматривают смотровые лючки);

3) цельносварные с приваренными верхним и нижним днищами (для монтажа и демонтажа тарелок и других внутренних устройств в таких аппаратах обязательно предусматривают люки-лазы).

Корпуса аппаратов, работающих при P_У  1,6 МПа и имеющих D  1200 мм выполняют цельносварными.

Конструкция колонных аппаратов зависит также от выбора конструкционных материалов. В качестве конструкционных материалов для изготовления колонных аппаратов чаще всего применяют углеродистые и легированные стали (например, Ст З сп, Ст З пс, 12Х18Н10Т, 10Х17Н13М2Т и др.), двухслойные стали, реже  цветные металлы и сплавы (например, хастеллой титановые сплавы, медь и др.), а также чугун. В настоящее время осваиваются колонные аппараты из неметаллических материалов  керамики, стекла, графита, ATM (антикоррозионный теплопроводный материал на основе графита), фторопласта, пластмассы и др.Тарелка свободно оперта по краю (рис. 9.9).

Максимальный изгибающий момент в центре тарелки будет равен:

, (9.1)

Н  вес двух рабочих), Н.

Момент сопротивления изгибу в центре тарелки можно определить как:

, (9.2)

где  расчетная толщина тарелки, м.

Максимальные напряжения в центре тарелки будут равны

, (9.3)

где  коэффициент ослабления перфорированной тарелки отверстиями или прорезями (для сплошной тарелки ); t  расстояние между центрами отверстий (прорезей) в тарелки, м; d  диаметр отверстия или соответствующий размер прорези в направлении t в тарелке, м; []  допускаемое напряжение материала тарелки при рабочей температуре, МПа.

Выражая из формулы (9.3), толщина тарелки составит

, (9.4)

где D = 2R  диаметр тарелки, м.

Величина максимального прогиба в центре тарелки равна

, (9.5)

где  цилиндрическая жесткость; Е  модуль продольной упругости материала тарелки, МПа; [у] = 1/500 допускаемый прогиб круглой тарелки.

: