3 .3.7. Обменные тарелки

Рис. 19.3. Тарелки ректификационных колонн:

а - одноколпачковая одинарного кипячения; б - одноколпачковая двойного кипячения; в - многоколпачковая; г - ситчатые (решетчатые); д - провальная; е - клапанная; ж – чешуйчатая

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.

3.3.8. Ректификационные колонны с насадками и набивками

В целях максимального увеличения площади контакта между поднимающимся вверх паром и стекающей вниз жидкостью в разделительной колонне можно вместо обменных тарелок использовать за­сыпку насадочных тел (рис. Х.57) либо набивки разного рода (рис. Х.59).

Насадочная колонна

В насадочной колонне тысячи насадоч­ных тел засыпаются в трубчатую разде­лительную колонну (рис. Х.56). Они рас-полагаются 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 возвра. -ный 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.

Виды насадочных тел

Насадочные тела представляют собой предметы правильной формы, с размера­ми от малого до среднего, выполненные из керамики, пластмассы или нержавею­щей стали.

Для выполнения разных задач разде­ления предлагается огромное количество различных форм насадок (рис. X.58). Чаще всего используются полые цилин-

дры, так называемые кольца, с насечками и поперечинами либо без таковых. Кро­ме того, возможны тела седловидной формы и шаровые конфигурации.

В ысыпанные слоем в разделительную колонну, насадочные тела образуют навал с большой внутренней поверхностью и высокой пористостью, обеспечи­вающий прекрасную проходимость для пара и жидкости.

Размер насадочного тела должен определенным образом соотноситься с диа­метром колонны. Наиболее благоприятными считаются соотношения в диапазоне от 1/10 до 1/30.

Выбор материала для насадочных тел определяется в зависимости от требуемой коррозионной стойкости в отношении жидкости и пара в разделительной колонне, а также необходимой твердости насадки.

Набивки для обменных колонн

Еще один способ создания большой обменной поверхности в разделительной колонне заключается в использовании специальной набивки (рис. Х.59).

Такая набивка состоит обычно из полос мелко­ячеистой металлической ситовой ткани или перфо­рированных и фальцованных металлических листов, свернутых в рулоны цилиндрической формы. Они укладываются в разделительную колонну вместо за­сыпки насадочных тел, заполняя собой все попереч­ное сечение колонны.

Вообще же любые насадки, включая и набивки, оказывают проходящему пару гораздо меньшее сопротивление потока, чем обменные тарелки. Поэтому насадки и набивки исполь­зуются лишь для очень высоких ректификационных колонн либо в случае вакуум­ной ректификации.

Разделительное действие сыпучих насадок и набивок

Для определения разделительного действия насадочныхтел или набивок исполь­зуют специальное указание высоты — НЕТР (от англ. height equivalent to a theoretical plate) с единицей измерения в метрах (м). Это высота засыпки наса-дочных тел или соответственно высота набивки, действующая как теоретическая ступень разделения (таблица Х.З).

Таблица Х.З. Значения НЕТР для засыпок и набивок

феоуемая для конкретной задачи разделения высота засыпки насадочных тел либо набивки A_F вычисляется на основе величины НЕТР и теоретического числа ступеней разделения NTS:

A_F = NTS х НЕТР.

Пример: Для представленной на рис.X.54 задачи разделения требуется теоре­тическое число ступеней разделения NTS = 9. При использовании насадочных тел с НЕТР = 0,3 м для решения поставленной задачи нужна высота засыпки A_F = 9 .

0,3 м = 2.7 м.