60. Насадочная колонна

В насадочной колонне тысячи насадоч­ных тел засыпаются в трубчатую разде­лительную колонну (рис. Х.56). Они располагаются на перфорированной опорной тарелке, через которую в засып­ку проходит пар. Подлежащая разделе­нию смесь подается в средней зоне ко­лонны с устройствами для распределения жидкости на сыпучих телах отгонной части. На насадках концентрационной части распределяется головной возвратный продукт.

Жидкость стекает сквозь насыпан­ный слой вниз и каплями падает в ниж­нюю часть колонны.

Поступающая внизу сбоку из испа­рителя паровая смесь протекает сквозь насадочные тела вверх, покидая раздели­тельную колонну в ее верхней части.

Насадочные тела засыпаются абсо­лютно произвольно и беспорядочно (рис. Х.57).

Пар на своем пути вверх через полости в засыпке преодолевает множество поворо­тов, неоднократно изменяя свое направле­ние. Жидкость на своем пути вниз смачи­вает обширную поверхность большого числа насадочных тел, медленно стекая об­ходными путями. В результате этого для пара и жидкости создается большая поверх­ность соприкосновения, чем обеспечивает­ся интенсивный контакт обеих фаз.

В насыпном слое осуществляется тепло- и массообмен между паром и жид­костью на большой поверхности наса­дочных тел и, следовательно, разделение смеси на низкокипящий продукт из вер­ха колонны и высококипящий продукт, уходящий из низа колонны.

Условием достаточного разделитель­ного эффекта насыпного слоя насадоч­ных тел является равномерное распределение пара и жидкости. Следует по возможности избегать образования ручейков, вызванных разной плотностью засыпки либо равнонаправленной ориентацией, а также периферийного хода по стенкам колонны. Это достигается за счет выбора насадок подходящего размера и грамотной засыпки их в колонну.

Высокие разделительные колонны, кроме прочего, содержат через каждые 1—2 метра опорные тарелки и распределители жидкости, что опять-таки способс­твует равномерному распределению насадочных тел.

61. Ректификационная колонна с колпачковыми тарелками

Одним из вариантов встроенных элементов в ректификационных колоннах явля­ются обменные тарелки, например колпачкового типа (рис. Х.55). Такие колпач-ковые тарелки встраиваются в разделительную колонну на равных расстояниях друг от друга (рис. Х.52).

Итак, рассмотрим процессы, протекающие в ректификационной колонне (рис. Х.52) в соответствии с диаграммой равновесия, приведенной на рис. Х.53:

• В перегонном кубе (низ колонны) жидкостная смесь с относительным ве­щественным составом х₀ доводится до кипения. Поднимающийся при этом пар имеет состав у₀.

• Этот пар проходит через узкую часть (горловину) колпачковой тарелки и на­правляется в жидкость, находящуюся на первой тарелке, где он и конденси­рует. Состав жидкости х_х при полном обмене будет у₀.

• Выделяющееся при этом тепло конденсации вызывает испарение жидкости на первой тарелке, причем состав пара равен y_v

• Он струится через колпачок на второй тарелке в находящуюся там жидкость, конденсируя в ней. Состав этой жидкости х₂ при полном обмене будет y_v

Этот процесс отражается на каждой обменной тарелке, причем поднимаю­щийся с тарелки пар насыщен низкокипящим компонентом. Стекающая с тарелки жидкость, напротив, имеет в своем составе больше высококипяще-го компонента.

• Уходящий в голове колонны пар состоит преимущественно из низкокипя-щего компонента (у₃). Он полностью конденсирует в конденсаторе и в виде низкокипящего продукта х_Е частично выходит из установки (у₃ = х_Е = х₄).

• Другая часть конденсата возвращается в колонну (х₄), обеспечивая наличие жидкости на самой верхней тарелке. Эта жидкость протекает через перелив­ную трубку вниз от тарелки к тарелке, все больше и больше концентрируя в себе высококипящий компонент.

• Жидкость, стекающая с самой нижней тарелки в нижнюю часть колонны, содержит большой процент высококипящего компонента. Ее относитель­ный состав равен х_х.

• Обменные тарелки представляют собой горизонтальные встроенные элементы пластинчатой формы, расположенные в трубчатой колонне на одинаковых рас стояниях друг от друга (рис. Х.52). На каж­дой тарелке находится слой жидкости, через который сквозь отверстия в тарелке пропускается пар. В результате этого на тарелке образуется интенсивно движу­щийся фонтанирующий слой жидкости с пузырьками пара. Здесь происходит теп­ло- и массообмен. Жидкость течет по од­ной стороне обменной тарелки, затем пересекает ее в поперечном направлении и через затвор в сливной трубе спускается на следующую тарелку.

• Имеется целый ряд обменных тарелок (рис. Х.55). Они различаются прежде всего постоянством их разделительного действия при разных расходах, а также сопротивле­нием потока и, естественно, ценой.

• Колпачковые тарелки состоят из плиты с вертикально вваренными пат­рубками, накрытыми сверху колпаками с зубчатым краем. Струящийся снизу пар делает поворот в колпаке и входит в жид­кость в высокодисперсном состоянии. При конденсации пара на тарелке оста­ется слой жидкости.

• Клапанная тарелка снабжена отверс­тиями с установленными в них поплавко­выми клапанами. Под действием парово­го потока они приподнимаются, так что пар через боковые отверстия в основании клапана фонтанирует в жидкость. Если

• поток пара слишком мал, клапаны закрываются, пока вновь не будет достигнуто требуемое давление пара. Это позволяет производить соответствующую настройку в зависимости от имеющегося расхода.

• Ситчатая тарелка имеет множество мелких отверстий в плите, действующих таким образом, что жидкость каплями падает на следующую тарелку и поперемен­но с паром фонтанирует через эти отверстия снизу прямо в жидкость, находящу­юся на тарелке. Ситчатые тарелки годятся только для точно установленного рас­хода, в противном случае они либо остаются пустыми, либо затопляются.

• У решетчатой тарелки слегка наклонной формы предусмотрено множество штампованных зазоров. Пар и жидкость поочередно проходят сквозь эти зазоры, причем разделительное действие остается оптимальным лишь в узких рамках оп­ределенного расхода.