1.1.3Жанасу қондырғылары

Жанасу қондырғылары деп бу және сұйық фазаларының жанасуы жүріп, нәтижесінде жылу және массаалмасу процесi жүріп, соңында күрделi қоспаның ректификациялық бөлiну процесi өтетінколоннаның iшкi құрылымдарын айтады.

Бұл жанасуды ұйымдастыру әдiсіне байланысты құрылымдар екi үлкен топтарға жiктеледi - насадка және тәрелке.

Насадкаларнақтылы биiктiктегi және колоннаның көлемiнiң бiрлiгiндегi (100-800 м²/м³) дамыған сыртқы беті болатын колоннаның көлемін толтыратын ұяшықтар (элементтер) түрінде болады. Мұндай дамыған беттердің арқасында сұйықтың қондырмасы бойынша ағып келетiн қабыршақтың тиiстi бетi жасалады және колоннаның көлемiнiң бiрлiктерiнде жылу және массаалмасуды үдетедi.

Колоннаның көлемiндегi насадка ұяшықтарының орналасуына сәйкес, насадкалар жүйесiз және жүйелi болады.

Жүйесiз насадкалар колоннаның нақтылы биiктiгінде себіледі және онда олар бағдарсыз орналасады.

Жүйесiз қондырмалар:

- рашигтiң сақиналары;

- лессингтiң сақиналары;

- палля сақиналар;

- cақиналары крест сияқты қалқалармен;

- дөңгелек серiппелер;

- үш қырлы серiппелер,

- инталлокстiң керамика насадкалары;

- дағдылы Инталлокстiң металлдық насадкалары;

- берля насадкасы.

Өте кең тараған (1-4) сақиналық түрдiң насадкасы. Өнеркәсiптiк колонналар үшiн оларды фарфор, керамика немесе тот баспайтын стальден, ал кіші (лабораториялық) колонналар үшiн - нәзiк тордандаярлайды. Сым серiппелінасадкалар (5-6) лабораториялық немесе пилоттық шарттарда қолданылады. Керамика немесе металлдан (7-9) ер сияқты насадкалары көмiрсутектер немесе жеңiл бензин фракцияларын бөлу үшін өнеркәсiптiк колонналарында қолданады және де бұл сапталған элементтер колоннаға бос жүктелуге немесе олардың тиiмдiлiгiн жоғарылататын жеке қатарлармен жатқыза алады.

Жүйелiге элементтерi колоннаның көлемiнде орналасуы булардың өтуі үшiн канал құратын ретке салынған нақтылы геометриялық ретке бағындырылған насадкалар жатады.

Жүйелi қондырмалар:

- жазық параллелдi;

- зульцердiң насадкасы;

- гудлоу насадкасы;

- пакеттi көлбеген секциялармен.

Сопақ қондырманың элементтерiн тақтайлардан металдық пластиналар немесе тор, шыныданорындай алады. Зульцердiң насадкасы бүрмелi тор немесе тесiлген металлдық парақтың өткiншi жiктерiнен тұрады және де көршi жiктердегi гофрасы қарсы жаққа бұрылған.Гудлоу насадкасы (кейде ол Панченкова насадкасы деп те атайды) торлы шұлықтан оралған спираль болады. Мұндай тоқылған пакеттерді бағаналарға қабатты жинақтайды. Бу ағыны торлы жiктердің саңылауларынан өтедi. Көлбеу - пакеттi насадка бiр-бiрiне 45-60 бұрыштармен бекiтiлген шұлық торының жiктерiнен құралған тiк төртбұрышты пакеттер.

2 және 4 жүйелi насадкалар вакуумдыколонналарда қолданылады, олар өйткенi ең төменгi гидравликалық кедергiлердi қамтамасыз етедi. Жазық параллелдінасадка өте оңай, бiрақ аз меншiктi бетi болады және сондықтан да мұндай насадкалар әдетте скрубберлер немесе градирня сияқты массаалмасу аппараттарында қолданылады.

Жүйелi насадкалар негiзгi параметрлерi бойынша жүйесiз насадкалардан айтарлықтай асып түседi, оны1-кестеден де көруге болады.

1-кесте

Әртүрлі типті насадкалардың сипаттамасы

Насадка түрі	Өнімділік	Эффективтілігі	ЭТТБ кедергісі
Рашига сақинасы (25 мм)	1	1	1
Палля сақинасы (25 мм)	1,4-1,5	1,0-1,3	0,7-0,8
Берля насадкасы	1,1-1,3	1,1	0,6-0,7
Инталлокс насадкасы	1,2-1,4	1,3	0,45-0,5
Гудлоу	1,1-1,2	3,5	0,13
Зульцер	1,8-2,0	2,5	0,25-0,45
ЭТТБ –эквивалентті бір теориялық тарелкенің биіктігі.

Кез келген насадка оның барлық бетi бойынша сұйықтың ағыны бiр қалыпты таралғанда тиiмдi жұмыс iстейдi. Бұл мақсатқа жету үшiн колоннаның барлық қимасынданасадка бойынша сұйықтышашырататын құрылымды пайдаланады. Мұндай құрылымдардың конструкциялары көп. Олардың iшiнен еңқарапайымы - тесiлген тақта және бу үшiн парубоктермен және сұйықтың науасы үшiн ниппелдермен тақта.Насадканың сорғалап ағатын бүркуінің өрнектелуi үшiн пленкалы шағылдырғыштарымен сорғалаулардың тесiлген тақталарын қолданады. Өте кең тараған насадканың үстiнде (әсiресе жүйелi) колоннаның барлық қимасы бойынша насадкаға маточник арқылы сұйықтышашырату және енгiзу болып табылады.

Насадкалардың (әсiресе жүйесiз) өте бiр елеулi кемшiлiгi тiптi насадканың жоғарғы жағы қабатынан сұйықтықты қатал бірқалыпты шашыратқанымен сұйықтықтың насадка бойымен ағуында бұл бiр қалыптылық насадка бойынша елеулi бұзылатындығы болып табылады. Төменнен жоғарыға қозғалатын буды сұйықтықколоннаның ортасынан оның қабырғаларына ығыстырады және бұл массаалмасу тиiмдiлiгiнiң төмендетуiне әкеледі, яғни колоннаның бөлгiш эффектiсін төмендетедi. Колоннаның диаметрi неғұрлым үлкен болған сайынмұндай сұйықтың ығыстыруы соғұрлым көрнекi болады. Сондықтан жүйесiз насадкалар аз диаметрлі (2 м дейiн) колонналарда жиiрек қолданылады, ал олардың биiктiгi бойынша насадкалар 2,5-3 м аспайтын биiктiкті қабаттармен орналастырады.Бұл қаббаттар арасында сұйықтық құрылымдар арқылы қайта бөлінедi.

Үлкен диаметрлi колонналарда - 6-8 м (АВҚ вакуумдыколонналары) 1-2 мм бiр теориялық тәрелкеге жанасудың ең төменгi гидравликалық кедергi ие болатын жүйелi насадкаларын қолданады.

Мұнайдың өңдеудің қазiргi технологияларында көкейкестi мақсат мазуттан терең вакуум газойліналу және мұндай газойльдің қайнау температурасын 580-600С дейiн жеткiзу болып табылады.

Мұндай мақсаттың iске асыруы үшiн пеште қыздырылған шикiзаттың енгiзу аймағындағы қысымы 4-5 кПа аспайтын, алколоннаның үстiнде 0,8-1,5 кПа болатын вакуумды колоннаның жаңа түрiне өту қажет болды. Колоннадағы мұндай гидравликалық тәртiпті барлық вакуумдыколонналарда кеңiрек қолданылған тек қана жүйелi насадка қамтамасыз ете алады.

Тәрелкелер деп бу мен сұйықтықтың жанасуы (сәйкесiнше жылу және массаалмасу) барботажды сорғалап ағатын немесе құйын тәрiздi тәртiптеөтетінжанасу құрылымдарын айтады. Бұл жанасудың тәртiптерi тәрелкенiң конструктивтiк құрылымдарымен анықталады. Насадка қабатының биiктiгі бойынша бу мен сұйықтың қабыршағының жанасуы үздiксiз жүретін насадкалардан айырмашылығы тәрелкелі колонналарда бұл жанасу әрбiр тәрелкеде дискреттi iске асады,содан кейiн екi фазабөлiнеді және келесі тарелкелерде бу - жоғары жатқан, ал сұйық - төменде жатқан жаңа жанасуға түседі.

Ректификациялық тәрелкелердiң конструкциялары, тура насадкалар сияқты көп, бiрақ олардың iшiнен негiзгiлері:

- торлы күйреуi;

- сүзгiлi күйреуi;

- сүзгiлi айқаспалы;

- қалпақты;

- S - бейнелi элементтер;

- клапанды;

- сорғалап ағатын;

- құйын тәрiздi.

Олардың iшiнен ең қарапайымы - торлы күйреу тәрелкесі, геометриялық реттелген мата саңылаулы қатарлы (өлшемдері шамамен 10х150 мм), олар арқылы жоғары қарай тәрелкедегі сұйықтың қабатын барботаждапбу өтеді, және артық сұйықтың бір бөлiгi төменде жатқан тәрелкеге сорғалаумен ағады. Мұндай тәрелке сұйық бойынша жүктеменiң өзгерiсiне өте сезгiш, есептi жүктемеден 20-30% өзгергенде тәрелке шашалып қалады немесе сұйықтың жiгiн матада ұстап тұра алмайды.

Тесік толқын тәрiздi тәрелке жетiлдiрiлген торлы болып табылады. Оныңматасында саңылау емес, диаметрi 10-15 ммтесіктер болады. Матаның профилi қарама-қайшы синусоида. Бұл буөту басым аймағын (тәрелкенiң жоғарғы айналмалары) және (тәрелкенiң матасының төменгi айналмалары) сұйықтың науасынбөлуге мүмкiндiк бередi.Тәрелкедегi сұйықтық қабаты жоғары айналмалардаұсталып тұрады және сондықтан да бу бұл қабат арқылы барботаждалады. Тәрелке аз диаметрліколоннаға есептелiнген және көмiрсутек газдарынбөлу және жанармайды тұрақтандыру колоналарында қолданылады.

Екi (1 және 2) тәрелке де күйреу тәрелкесі болып табылады және мұндай тәрелкеліколонна бу мен сұйықтықтың қарама-қарсы тәртiптібінде жұмыс iстейдi.Басқа тәрелкелер айқаспалы тәрелкелер болып табылады, яғни сұйықтықоларда бу ағынына қарсы емес, параллельді немесе жақын түзуге бұрышпен жылжиды.

Мұндай түрлі тәрелкелердiң ең оңайы сүзгiлi (жыртық) айқаспалытәрелке болып табылады. Оныңматасы барлық ауданыбойынша диаметрi 8-12 ммболатын саңылаулы болады, тек ағызып жiберу тұрбалары болатын екi қарама-қарсы сегменттерден басқа.Сүзгiлi тәрелкелер мұнайдың жеңiл фракцияларын ректификациялағанда диаметріаз (2 м дейiн) колонналарда қолданылады. Мұндай мата арқылы өтетінбу ағыны тiктен ауытқиды және барботаж қабатынаншыққанда көлденең40-60 бұрышымен ауытқиды.Тәрелкенiң жұмысын үдету үшiнбарботаж қабатынаншығатын бужолында сол жыртылған парақтан жасалған көлбеген отбойник элементтер орнатады.Бұл элементтер соғылып, булы сұйық қоспа сепарирлейдi: сұйық қабыршағы элемент бойынша төмен ағып барботаж аймағына жиналады,ал булар саңылаудан кейiн тарелкалы кеңiстiктерге өтедi. Мұндай тәрелкелер өте аз гидравликалық кедергiге (0,1-0,2 кПа) ие және олардыдиаметрi 10 м дейiн АВҚ өнеркәсiптiк вакуумдыколонналарында қолдануға мүмкiндiк беріп, масса алмасу процесстерiндежоғары тиiмдiлiкті қамтамасыз етедi.Мұндай тәрелкелердiң кемшiлiгi ол азғантай горизонталь еместiк немесе жергiлiктi томпақтықтар немесе тәрелкенiң матасы майысқан жерлерiнде барлық ауданға арналған бiр қалыпты жұмыс iстемейді, төменде жатқан нүктелерде сұйықтықжиналады, ал жоғары жатқан нүктелерде бу барботажсыз өтiп кетеді. Нәтижесіндетәрелкенiң тиiмдiлiгi төмендейдi.

Қолданудың ұзақтығы бойынша ескі және тәрелкелердiң түрлерi бойынша осыған дейiн дөңгелек қалпақтары бар (капсюльді) қалпақты тәрелкелер болып табылады. Оның алдыңғылардан айырмашылығы - әрбiр саңылауда булардың өтуі үшiн нақтылы биiктiктi түтiгiнiң болуы, оның үстiнде барлық төменгi өлкесi бойынша булардың өтуі үшiн тiлiктерi бар қалпақтар бар.Мұндай құрылым тәрелкеде сұйықтың қабатына бу ағынын оның жазықтығына параллельдіжәне майда сорғалауларын жиын бөлшектенген күйде енгiзуге мүмкiндiк бередi. Бұдан басқа, көршi қалпақтардан қарсы сорғалаулар соққыланып, қалпақаралық аймақта құйындауларқұрады, нәтижесінде тәрелкенiң тиiмдiлiгi жоғарлайды.Қалпақтардың формасы және құрылымымен айырмашылығы болатынқалпақты тәрелкелердiң үлкен сан түрлері болады. Олардың iшiнен бiрiншiсі - бұл дөңгелек қалпақтары бар тәрелке. Мұндай тәрелке әмбебап, ол газбөлу колонналарынан бастап АВҚ атмосфералық және вакуумды колонналарына дейінгі әр түрлi колонналарында қолданыс тапты.Соңғысында олар тәрелкенiң үлкен металл қажеттiлiгi, монтаждау және жасау күрделiлiгіненсирек қолданылады. Екiншi түрлендiру - бұл құйып жасалған немесе тiк төртбұрышты (туннелдi)қалпақпен штампталғантәрелкелер. Үшiншi түрлендiру - бұл науаланатын тәрелке.

S - бейнелi элементтерден тұратын тәрелкенiң түп нұсқалығы оның матасы және қалпақтары бiрдей элементтердi құрастырады, бiрақ сонымен бiрге әрбiр қалпақта бiр жағынан буларды өткізу үшiн тiлiктер болады, яғни тәрелкенiң барботаж ауданының бiрлiгiне сұйыққа бумен ұсақталынған сорғалауларды (науаланатын тәрелкеменсалыстырғанда) кiшi«фронтпен»енгізеді. S - бейнелi элементтітәрелкелер вакуумдыколонналардан (үлкен гидравликалық кедергiсіне байланысты)басқа барлық АВҚ колонналарында аз металл қажеттiлiгi, монтаждау және жасау оңайлығы,жоғары тиiмдiлiгi арқасында (орташа к.п.д. 0,4-0,7)кең қолданыс тапты.

Клапанды тәрелкелер құрылымның қағидасы бойынша тесік тәрелкелергежақын, бiрақ оларға қарағанда булар өтетін саңылау қималарын реттеуге мүмкiндiк бередi. Әрбiр саңылаудың үстiнде ол үшiн олардың күшiмен булардың санына байланысты аздап көтерiлетін құрылым (клапан)болады. Клапанды тәрелкелер өз бойында бірнеше артықшылықтарының болуы (металлдыңаз қажеттiлiгi, құрастыру оңайлығы, бу және сұйық жүктемелері бойынша кең интервалындағы бiр қалыпты барботаж, тағы басқалар) олардың кең таралған тәрелке түріне енуіне мүмкіндік берді. Бұл тәрелкелер iс жүзiнде мұнай өңдеудiң газбөлгіштен бастап вакуумды колонналарының барлық түрлерiнде қолданады.

Сорғалап ағатын тәрелкелер нақтылы бұрышпен гүл жапырақшаларының иiнi бар әр түрлi кескiннiң саңылауы штампталаған мата болады. Мұндай тәрелкелердiң өте типтi варианттары: жинақталған бұрыштары бар тiк төртбұрышты а – с түрде гүл жапырақшаларымен, бiр тарапта саңылаулары бар конусты томпақтықтарының б – в түрi болып табылады.Сорғалап ағатын тәрелкелер бу ағыны бойынша колоннаның жүктемесi жеткiлiктi жоғары болған жағдайда қолдануға есептелiнген, сондықтан газбөлу колонналарында қолданыс тапты.

Құйын тәрiздi тәрелке - олардан тамшы алып кетуі төмендетiлген тәрелкеде бу және сұйықты қарқынды араластыруы бар тәрелкенiң мысалы. Мұндай тәрелкелердiң матасында 100-120 мм диаметрлі дөңгелектерінде гүл жапырақшаларымен саңылаудың радиал бағыттарында штампталған, ал бұл дөңгелектердiң орталығы бойынша түйрегiштерде сондай диаметрлерлітүбiнде 6-8 саңылауларыбаротбойник табақшалары орнатылған.Тәжiрибелi масштабтардағы мұндай тәрелкелер вакуумдыколонналарының тәрелкелерi үшiн негiзгi талапқа сай болатын жоғары массаалмасу тиiмдiлiгiмен астасатын аз гидравликалық кедергi көрсеттi.

Барлық қарастырылған тәрелкелердiң түрлерi үшiн олардың қолдану облыстары және жұмыстың тиiмдiлiгiн анықтайтын факторларыкелесілер болып табылады:

- гидравликалық кедергi;

- тәрелкенiң ауданы бойынша бiр қалыптылық және барботаждың қарқыны;

- буға және тәрелкеге (тамшы сұйықтың құлауы және қарқынды алып кетусiз) нормалды жұмыс iстейтiн сұйық бойынша жүктемелердiң диапазоны;

- тәрелкелердің орташасык.п.д. [4]