- •Введение
- •1 Краткая характеристика и классификация нефтеперерабатывающих заводов
- •1.1 Мощность и ассортимент НПЗ
- •1.2 Глубина переработки нефти
- •1.3 Современное состояние и тенденции развития нефтеперерабатывающей промышленности мира и России
- •2 Описание основного оборудования, выбранного в качестве реальных объектов расчета и проектирования
- •2.1 Вертикальные колонные массообменные аппараты
- •2.1.1 Устройство колонных аппаратов
- •2.1.2 Классификация колонных аппаратов
- •2.1.3 Массообменные контактные устройства
- •2.1.4 Тарельчатые массообменные устройства
- •2.1.4.1 Основы классификации тарельчатых массообменных устройств
- •2.1.4.2 Конструкции и принцип работы основных типов тарелок
- •2.1.5 Насадочные контактные элементы
- •2.1.6 Устройства для ввода жидкости и пара в колонну
- •2.1.7 Устройства для сепарации газожидкостных потоков
- •2.2 Теплообменные аппараты
- •2.2.1 Классификация теплообменных аппаратов
- •2.2.2 Кожухотрубчатые теплообменные аппараты, их типы и конструктивное исполнение
- •2.3 Технологические печи
- •2.3.1 Назначение и принцип работы трубчатых печей
- •2.3.2 Классификация печей
- •2.3.3 Конструктивные элементы печей
- •2.3.4 Показатели работы печей
- •2.4 Центробежные насосы
- •2.4.1. Общие сведения о насосах
- •2.4.2 Классификация насосов
- •2.4.3 Центробежные насосы
- •2.4.3.1 Классификация и маркировка центробежных насосов
- •2.4.3.2 Маркировка центробежных насосов
- •2.4.3.3 Принцип действия и устройство центробежных насосов
- •Библиографический список
vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943
Около 60% изготавливаемых колонных аппаратов для абсорбции и ректификации представляют собой тарельчатые колонны, остальные насадочные. Последние при правильной организации гидродинамики процесса часто более экономичны, чем тарельчатые.
В[8] колонные аппараты подразделяют на тарельчатые, насадочные и пленочные.
Роторные и пленочные из-за сложности изготовления и высокой стоимости мало используются в промышленности, поэтому здесь не рассматриваются.
2.1.4Тарельчатые массообменные устройства
Внефтеперерабатывающей промышленности наибольшее распространение находят тарельчатые колонные аппараты. В тарельчатой колонне процесс массообмена осуществляется путем многократного ступенчатого контактирования двух фаз. Для этой цели она и снабжается специальными устройствами – тарелками, на которых в основном и происходит массообмен, если не считать незначительного массообмена в свободном объеме колонны. Тарелки монтируют горизонтально внутри колонны.
Вректификационных колоннах применяются тарелки различных конструкций, существенно различающиеся по своим рабочим характеристикам
итехнико-экономическим данным.
При оценке конструкций тарелок обычно принимают во внимание следующие показатели:
а) |
производительность; |
б) |
гидравлическое сопротивление; |
в) |
эффективность при разных рабочих нагрузках; |
г) |
диапазон рабочих нагрузок в условиях достаточно высокой |
эффективности; |
|
д) |
сопротивление одной теоретической тарелки при разных рабочих |
нагрузках; |
|
е) |
возможность работы на средах, склонных к образованию |
инкрустаций, к полимеризации и т.п.; |
|
ж) |
простоту конструкции, проявляющуюся в трудоемкости изготовления, |
монтажа, ремонтов; |
|
з) |
металлоемкость. |
Тарелок универсальных конструкций, как и других массообменных устройств, не существует. В большинстве случаев для оценки достаточно иметь данные по показателям а, в и г; если они различаются сравнительно слабо, то анализируют показатели е, ж и з. Показатели б и д имеют большое значение для вакуумных и многотарельчатых колонн, где решающую роль играет сопротивление аппарата. Поэтому в целом ряде случаев для вакуумных колонн может оказаться целесообразным применение тарелок, обладающих относительно низкой эффективностью и малым гидравлическим
33
vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943
сопротивлением. При реконструировании колонн обычно решающее значение имеют показатели а, б, в и г [7].
2.1.4.1 Основы классификации тарельчатых массообменных устройств
В настоящее время в промышленной практике известны сотни различных конструкций тарелок, многие из которых имеют лишь чисто познавательное значение. Другие конструкции, хотя и различаются отдельными элементами, в практической области имеют равноценные основные показатели. Вплоть до настоящего времени нет достаточно стройной классификации тарельчатых устройств, хотя попытки в этом направлении делались неоднократно. Поэтому здесь будут приведены лишь общие принципы, которые позволят ориентироваться во всем многообразии имеющихся конструкций тарелок и производить их предварительную оценку. Одна из возможных классификаций приведена на рисунке 2.12 [5, 8].
Тарельчатые
контактные
устройства
По способу |
По регулируемости |
По способу |
По характеру |
||||||||
организации |
сечения |
взаимодействия |
|||||||||
относительного |
межступенчатой |
||||||||||
контактирующих |
газового и |
||||||||||
движения потоков |
передачи жидкости |
||||||||||
фаз |
жидкостного |
||||||||||
контактирующих |
фаз |
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
с не |
|
|
с переточными |
|
|
|
|
|
|
|
регулируемым |
|
|
|
|
барботажного |
|
противоточные |
|
|
|
|
устройствами |
|
|
|||
|
|
сечением |
|
|
|
|
типа |
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
с |
|
|
|
|
|
|
|
прямоточные |
|
|
регулируемым |
|
|
провального |
|
|
струйного |
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
сечением |
|
|
типа |
|
|
типа |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
перекрестноточные
перекрестнопрямоточные
Рисунок 2.12 – Классификация тарельчатых контактных устройств
34
vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943
По способу организации относительного движения потоков контактирующих фаз тарелки подразделяются на противоточные, прямоточные, перекрестноточные, перекрестно-прямоточные.
Противоточные (рисунок 2.13) тарелки характеризуются высокой производительностью по жидкости, простотой конструкции и малой металлоемкостью.
Основной их недостаток – низкая эффективность и узкий диапазон устойчивой работы, неравномерное распределение потоков по сечению колонны, что существенно ограничивает их применение. Наиболее характерна для противоточного типа решетчатая провальная тарелка.
а– перекрестноточная схема; б – перекрестнопрямоточная;
в– противоточная; г – прямоточная
Рисунок 2.13 – Основные схемы движения пара и жидкости в контактной зоне тарелки
Прямоточные тарелки отличаются повышенной производительностью, но умеренной эффективностью разделения, повышенным гидравлическим сопротивлением и трудоемкостью изготовления, предпочтительны для применения в процессах разделения под давлением. Примером тарелки такого типа является вихревая тарелка с закрученным восходящим потоком пара и жидкости. Противоточные тарелки отличаются высокой производительностью по жидкости, простотой конструкции и сравнительно небольшой металлоемкостью. Недостаток тарелок этого типа – невысокая эффективность, узкий диапазон устойчивой работы, неравномерное распределение потоков по сечению и снижение эффективности при увеличении производительности или диаметра колонны.
Перекрестноточные тарелки характеризуются в целом наибольшей разделительной способностью, поскольку время пребывания жидкости на них наибольшее по сравнению с другими типами тарелок. Наиболее представительными конструкциями этой группы тарелок являются тарелки с круглыми колпачками, S-образные и клапанные типа Глитч.
В перекрестно-прямоточных тарелках используется энергия пара для организации движения жидкости по тарелке и отделения жидкости от пара после осуществления контакта. Перекрестно-прямоточное движение исключает
35
vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943
поперечную неравномерность и обратное перемешивание, улучшает сепарацию жидкости и, следовательно, повышает производительность тарелки. К данному виду тарелок относится ситчатая тарелка с отбойными элементами.
По регулируемости сечения контактирующих фаз различают тарелки с регулируемым и нерегулируемым сечением.
Ктарелкам с регулируемым сечением относятся в основном клапанные тарелки следующих конструкций: клапанные с капсульными, дисковыми, пластинчатыми, дисковыми эжекционными клапанами; клапанные с балластом; комбинированные колпачково-клапанные.
Клапанные тарелки показали высокую эффективность при значительных интервалах нагрузок благодаря возможности саморегулирования. В зависимости от нагрузки клапан перемещается вертикально, изменяя площадь живого сечения для прохода пара, причем максимальное сечение определяется высотой устройства, ограничивающего подъем. Площадь живого сечения отверстий для пара составляет 10–15% площади сечения колонны.
Ктарелкам с нерегулируемым сечением контактирующих фаз относятся: ситчатые, ситчатые с отбойниками, колпачковые с круглыми, прямоугольными, шестигранными, S-образными, желобчатыми колпачками и т.д.
По способу передачи жидкости с тарелки на тарелку различают тарелки со специальными переточными устройствами и тарелки провального типа.
У тарелок с переточными устройствами жидкость перетекает с тарелки на тарелку через специальные каналы, которые не предназначены для потока паров. В качестве таких каналов могут использоваться переливные трубы, плоские сливные перегородки и т.д.
В зависимости от нагрузки по жидкости ее переток с тарелки на тарелку может осуществляться одним, двумя, тремя и более потоками, а тарелки соответственно называются одно, двух, трех и более поточными.
У тарелок провального типа нет переливных устройств, пар и жидкость проходят через одни и те же отверстия (каналы, прорези), при этом места стока жидкости и прохода паров перемещаются по площади тарелки случайным образом. Отверстия работают периодически: в определенный момент времени одни прорези пропускают пар, другие жидкость, затем их роли меняются. К такому типу тарелок относятся ситчатые и решетчатые тарелки.
В соответствии с приведенной классификацией (см. рисунок 2.12) по характеру взаимодействия газового и жидкостного потока тарелки можно подразделить на барботажные и струйные.
Режим взаимодействия фаз, когда пар является дисперсной фазой, а жидкость сплошной фазой, называется барботажным, а тарелки, реализующие этот режим работы, называются барботажными. Независимо от типа тарелок принцип работы барботажных тарелок заключается в том, что на тарелках пар (газ), диспергируя на мелкие пузырьки и струи, с большой скоростью проходит через слой жидкости. Образующаяся при этом газожидкостная система называется пеной. У барботажных тарелок элементы контактных устройств (колпачки, клапаны, отверстия) создают в слое жидкости движение пара почти
36