3.3 Колонні апарати

Колонні апарати призначені для проведення тепло - та масообмінних процесів. У технологіях очищення вод колонні апарати використовують для десорбції розчинених газів, абсорбції газів, екстракції забруднень зі стічних вод.

Колонні апарати виготовляють діаметром від 400 до 4000 мм; для роботи під тиском до 1,6 МПа – у царговому виконанні; для роботи під більшим тиском або у вакуумі – цільнозварними.

Усередині колони розміщуються підтримуючі, розподільчі і контактні устрої. Контактні устрої призначенні для інтенсифікації процесів масообміну. Контактні устрої можуть бути у вигляді насадок і тарілок. Варіант насадкової колони - адсорбера наведений на рисунку 3.12.

3.3.1 Насадкові колони. У насадкових колонах застосовуються такі типи насадок (рис. 3.13):

• кільця Рашига. Керамічні або сталеві кільця, висота яких дорівнює діаметру. Укладаються засипкою (а) або упорядковано (б). Кільця Рашига являються найбільш поширеними насадками ;

• насадки Гудлое (в). Закручені у спіраль стрічки металеві, полімерні, суцільні або перфоровані;

• кільця із хрестовидною перегородкою. Більш складний варіант – кільця Паля (г);

• сідла. Використовують багато модифікацій, наприклад, сідло Берля (е), сідло Інталлокс (з);

• хордові насадки. Наприклад, полімерна насадка Спрейнак (д), дерев’яна хордова насадка (ж) – поставлені на ребро дошки, ряди яких перехрещуються.

Крім того, використовують кільця із внутрішніми спіралями, пропелерні насадки тощо.

У процесах виділення фенолів зі стічних вод широко використовують сталеві спіральні та дерев’яні хордові насадки, які дають найменший опір, легко очищуються від шламів, легко завантажуються, стійкі до дії луг.

Насадки в колонах розподілені шарами, для чого використовують решітки і тарілки, що підтримують. Для рівномірного розподілу рідини або газу по поверхні насадки застосовують розподільчі (ТСН–III) і перерозподільні (ТСН–II) тарілки (рис. 3.14).

Вибір того чи іншого типу насадки регламентується:

- навантаженням по парах або рідині, наявністю в потоках механічних домішок; поверхнею контакту фаз в одиниці об’єму апарата;

- особливими вимогами режиму (невеликий перепад тиску, малий час перебування рідини або газу в апараті, забезпечення сталого режиму тощо);

- особливими вимогами до апаратури (робота в агресивному середовищі, вимоги підвищеної надійності тощо).

3.3.2 Тарілчасті колони. Більш ефективними з точки зору процесів масообміну являються колонні апарати з тарілчастими контактними устроями.

Усі тарілки можна поділити на 2 типи:

- тарілки з переливними устроями;

- тарілки без переливних устроїв, або тарілки провального типу.

Тарілки з переливними устроями використовують у процесах, де потребується тонке розділення фаз.

Тарілки ковпачкового типу ТСК. Розроблено багато модифікацій ковпачкових тарілок: з боковим зливом; радіальним зливом; центральним зливом. Зображена на рисунку 3.15 тарілка має боковий злив. Тарілки такого типу забезпечують найкращий масообмін.

Сітчасті тарілки ТС (рис. 3.16). За конструкцією набагато простіші за ковпачкові. У тарілці просвердлені отвори. Розмір отворів – 3...8 мм, відстань між отворами 7...25 мм. Також розроблено багато модифікацій. Ковпачки чи отвори на тарілці розташовують у вершинах правильного шестикутника, квадрата або концентричними окружностями.

Колони із пластинчастими тарілками (рис. 3.17) . Тарілки цього типу мають значно менший гідравлічний опір у порівнянні з попередніми. У тілі тарілки виштампувані прорізи у вигляді подовжніх пластин. Пластини відігнуті на незначний кут (10…15 ⁰). Рідина і газовий потоки на тарілці рухаються за принципом прямотоку, що дозволяє значно збільшити продуктивність тарілки, у той час як у колоні в цілому потоки рухаються протитоком.

Тарілки без переливних устроїв. На таких тарілках два потоки проходять через одні й ті ж отвори або щілини. На тарілці одночасно проходить як процес масообміну, так і стікання одного з потоків на нижню тарілку –«провалювання» рідини.

Клапанні тарілки ТКП (рис.3.18). Це тарілки з перемінною прохідною площиною отворів по газам або парам, яка змінюється при змінюванні навантаження. Клапани можуть бути у формі кришок різноманітних конструкцій, які прикривають отвори (щілини) у тарілках під своєю вагою і піднімаються над отворами струмом газу (пару).

Найчастіше використовують тарілки із пластинчастими та дисковими клапанами.

Тарілки провального типу (рис. 3.19). У цих тарілках рідина провалюється через отвори в тарілках назустріч газу, пару або легкій рідині, які підіймаються вгору. Найпоширенішими типами являються дірчасті та решітчасті тарілки.

Тарілки провального типу використовують при необхідності розділення великих потоків і невисоких вимогах до ступеню розділення.

3.3.3 Допоміжне обладнання колонних апаратів. Для проведення процесів десорбції, ректифікації необхідні теплообмінні апарати – кип’ятильники, конденсатори, підігрівачі (рис. 3.20).

Для проведення процесів екстракції необхідно забезпечити умови розділення фаз, тому верхню і нижню частини колони виконують із сепараторами.

Найбільш поширеними типами екстракційних колонних апаратів є (рис. 3.21):

• розпилювальна колона – пустотіла колона із двома зонами відстою і розподільчими тарілками;

• сітчаста колона з переливними устроями;

• насадкові колони;

• поличні екстрактори;

• полично–дискові екстрактори тощо.

РОЗДІЛ 4