Ректификационные аппараты

В зависимости от внутреннего устройства ректификационные аппараты классифицируются:

1. тарельчатые,

2. насадочные,

3. плёночные,

4. роторные,

5. инжекционно - струйные,

6. центробежные и др.

Наиболее распространены тарельчатые и насадочные колонны.

Типы тарелок:

а) Со сливными устройствами:

1. колпачковые,

2. клапанные,

3. S – образные,

4. ситчатые,

5. туннельные и др.

б) Провального типа:

1. решетчатые,

2. дырчатые,

3. трубчатые,

4. волнистые и др.

Конструкции некоторых тарелок представлены на рис. 145-156 (данные МКТИ).

Схемы насадочной колонны и варианты расположения дефлегматора и кипятильника представлены на рис. 157-159. Некоторые типы насадок представлены на рис. 160. Наиболее широко применяется насадка в виде фарфоровых колец Рашига.

Тарелка внутри колонны представляет собой как бы отдельный небольшой массообменный аппарат. Каждая тарелка имеет свою движущую силу процесса, которая по массообмену стремится к нулю. Чтобы компенсировать это уменьшение, создают максимально возможную поверхность контакта фаз, обычно в виде пены. Для примера на рис.161 показаны режимы работы ситчатой тарелки в зависимости от массовой скорости пара.

Рис.161. Гидродинамические режимы работы ситчатой тарелки.

1-дождевания, 2-барботажный, 3-пенный, 4-унос.

См. Следующую страницу

Рис. 145. Детали устройства и крепления одного из типов нормализованных колпачковых тарелок.

(начало - см. предыдущую страницу).

Рис.146. Капсульные колпачки по ГОСТ 9634-75.

Рис.147. Устройство тарелок с S-образными элементами: а - две соседние тарелки; б - примерные размеры элементов промышленных колонн (толщина листа 3 мм).

Рис.148. Тарелка (а) с направленным током жидкости вдоль туннельных колпачков с прорезями и отгибами специальной формы, её контактный элемент (б) и направление движения жидкости (а).

Рис.149. Некоторые типы переливных устройств тарельчатых колонн:

а - однопоточное устройство со сливными перегородками (1);

б - двухпоточное устройство со сливными перегородками (1);

в - устройство для радиального направления жидкости с переливными трубами (2);

г - устройство для кругового направления жидкости с переливными трубами (2).

Рис.150. Однопоточные колпачковая (а) в клапанная (б) тарелки.

Рис.151. Две верхние тарелки колонны с капсульными колпачками.

1.Штуцер для выхода газа (пара); 2.Переточная перегородка;

З. Переточный порог. 4.Штуцер для входа жидкости. 5.Колпачок.

Рис.152. Тарелка с прямоточными клапанами по ГОСТ 16452-70.

1.Полотно тарелки. 2.Опорная полка. 3.Сливная перегородка. 4.Планка, регулирующая уровень жидкости на тарелке. 5.Сегмент переточного кармана.

6. Клапан. 7.Сегмент кармана для вывода жидкости.

Рис. 153 . Прямоугольный клапан.

1.Прорезь в тарелке. 2.Клапан (а - при малом; б- при среднем;

в- при большом расходе газа). 3.Ограничительные скобы.

Рис.154. Устройство и действие прямоточных клапанов.

а, б, в - клапан в закрытом, открытом против и по ходу жидкости состояниях соответственно

(стрелками показано направление движения жидкости на тарелке); г - работа двухпоточных клапанно-прямоточных тарелок при максимальных расходах газа /пара/.

1.Переливные перегородки. 2.Клапаны. 3.Затворные планки. 4.Корпус колонны. 5,6.Отверстия в тарелках. 7.Полотно тарелки.

Рис. 155. Один из нормализованных способов крепления решетчатых тарелок в колоннах диаметром 800-3000 мм.

Рис.156. Внешний вид сборной решетчатой тарелки.

t₂ — не менее 10 мм;

t₃ — не менее 36 мм для аппарата диаметром до 600 мм, а свыше 600 мм —42 мм.

Рис. 157. Насадочная колонна.

1.Корпус. 2.Опорные решетки. 3.Ввод исходной смеси. 4.Распределитель флегмы. 5.Перераспределитель. 6.Насадка. 7.Кипятильник. 8.Штуцер для слива жидкости. 9.Люки для загрузки и выгрузки насадки.

Рис. 158. Варианты работы и расположения дефлегматоров:

а - с полной конденсацией и подачей флегмы самотеком; б - с полной конденсацией и подачей флегмы насосом;

в - с частичной конденсацией паров.

Рис.159. Варианты расположения кипятильников:

а-встроенный кипятильник,

б-выносной кипятильник.

Рис. 160. Некоторые фасонные насадки с большой долей свободного объема, используемые при ректификации под вакуумом: -

а - кольца Рашига из проволочной сетки;

б - седло Инталокс из сетки;

в - сетчатая кубическая насадка;

г – металлические кольца Интос с ромбическими вырезами;

д - витые из проволоки насадки;

е - сетчатые полуцилиндры;

ж - жестяной полуцилиндр с мелкой перфорацией;

з - регулярная металлическая насадка;

и - регулярная насадка из ленты, свернутой в рулоны,

к - сборочный элемент регулярной насадки из проволочных сеток.

Из-за изменения состава скорость паровой смеси переменна внутри самой колонны, а тем более при смене нагрузки. Поэтому для оценки работы тарелки важное значение приобретает диапазон устойчивой работы

(130)

Ниже приводятся данные (130) для некоторых тарелок.

Тарелка	Диапазон устойчивой работы
Клапанная	3-4
Колпачковая	2-3.5
Ситчатая	1.5
Решетчатая	1.5-1.8

Для расчёта принимается максимальная скорость, которая определяется по формуле

(131)

Константа зависит от типа тарелки и расстояния между тарелками.

Аналогично гидродинамические режимы работы насадочной колонны определяются по зависимости ''перепад давления – скорость пара'', которая представлена на рис. 162.

Рис.162. Гидродинамические режимы работы насадочной колонны.

1-плёночный, 2-промежуточный, 3-подвисания, 4-эмульгирования, 5-унос.

Оптимальным считается режим эмульгирования, создающий наибольшую поверхность контакта фаз. Скорость пара для этого режима рассчитывается по формуле В.В. Кафарова

(132)

где - вязкость жидкости в.

Расчётная скорость (133)