химический каталог




ТАРЕЛЬЧАТЫЕ АППАРАТЫ

Автор Химическая энциклопедия г.р. Н.С.Зефиров

ТАРЕЛЬЧАТЫЕ АППАРАТЫ, массообменные вертикальные колонные аппараты, снабженные расположенными одна над другой поперечными перегородками, или тарелками, с помощью которых по высоте колонны осуществляется многократный дискретный контакт газа (пара) с жидкостью. Организованное движение фаз на тарелках может быть прямо-, противо- или перекрестноточным, а также смешанным при общем противотоке фаз по колонне (газ либо пар поднимается вверх, жидкость стекает вниз). В зависимости от назначения массообменного процесса (см., например, Абсорбция, Газов осушка, Массообмен, Ректификация, Экстракция жидкостная) в колонном аппарате устанавливают 1-100 тарелок и более.

Требования к тарелкам и режимы работы аппаратов. Разнообразие применяемых тарелок обусловлено предъявляемыми к ним требованиями. К последним относят: обеспечение на их поверхности (плато) соответствующего запаса жидкой фазы (так называемой задержка жидкости); достижение необходимой разделит. способности при изменении нагрузок по газу или жидкости; малое гидравлич.. сопротивление газовому потоку; миним. брызгоунос (с ниж. тарелок на верхние) для предотвращения снижения движущей силы процесса и уменьшения числа тарелок; возможность работы аппаратов в адиабатич. условиях (например, при ректификации), а также подвода теплоты непосредственно в зону контакта фаз и отвода из нее теплоты (достигается установкой над плато тарелок спец. змеевиков); возможность проводить процесс в вакууме (до 8 Па); высокая эффективность обеспечивается при низком гидравлич. сопротивлении и малых нагрузках по жидкости либо под давлением (до 32 МПа); повыш. нагрузки по жидкости, влияние гидравлич. сопротивления невелико.

Эффективность тарелок любых конструкций в значительной степени зависит от способов контактирования фаз на их поверхности. Различают барботажный и струйный гидродина мич. режимы работы тарелоколо В барботажном режиме на тарелках поддерживается слой жидкости (сплошная фаза), через который барботирует восходящий поток газа (дисперсная фаза), распределяясь в жидкости пузырьками (см. также Барботирование). С повышением нагрузок по газу происходит инверсия фаз, при которой в сплошной (газовой) фазе распределена в виде капель и струй дисперсная (жидкая) фаза; такой режим называют струйным.

Аппараты с барботажными тарелками. В барботажном режиме работают ситчатые, колпачковые, клапанные (рис. 1), а также провальные тарелки. Для тарелок первых трех типов барботаж газа и движение жидкости происходят в условиях перекрестного тока благодаря равномерно распределенным на плато тарелок их элементам (отверстиям, колпачкам, клапанам) и наличию переливных устройств (переливных и приемных карманов); задержка жидкости задается высотой переливной перегородки (10-100 мм). Свободная сечение (суммарная площадь всех отверстий или щелей) для прохода газа составляет 1-30%, а площадь, занимаемая переливными устройствами, - около 20% от площади поперечного сечения колонны. На провальных тарелках реализуется противоточный контакт фаз.

Нагрузка по газу характеризуется так называемой F0-фактором [F0 = u(rG-плотность газа, u-его скорость в поперечном сечении аппарата)], который достигает 2-2,5 кг0,5/(с•м0,5). С помощью параметра F0 находят диаметр ТАРЕЛЬЧАТЫЕ АППАРАТЫ а. по формуле: , где V- объемный расход газа. С увеличением диаметра колонн нагрузки на переливы возрастают пропорционально D2, а длина переливной перегородки-пропорционально D, что требует создания многопоточных тарелок с увеличенной площадью переливов; известны двух- и даже четырехпоточные тарелки, обеспечивающие работоспособность аппарата при жидкостных нагрузках до 100 м3/(м2•ч). Скорость газового потока на каждой тарелке должна быть такой, чтобы жидкость не "проваливалась" через отверстия (щели) на нижележащую тарелку; для предотвращения снижения эффективности массопереноса должны отсутствовать также байпасные (не контактирующие с газом) потоки жидкости по плато тарелоколо

Ситчатые тарелки (рис. 1,а) имеют перфорир. плато с диаметром отверстий (щелей) 0,8-20 мм. Для них характерно динамич. взаимодействие газа с жидкостью, при котором "провал" отсутствует и реализуется ее переток по плато (например, в ситчатых экстракторах). При необходимости отвода (подвода) теплоты над плато устанавливают змеевики (например, в производстве разбавленый HNO3).

Колпачковые тарелки (рис. 1,б) имеют колпачки различные формы, снабженные прорезями в виде зубцов, проходя между к-рыми, газ (пар) диспергируется, что увеличивает нов-сть его контакта с жидкостью. Эти тарелки также работают в беспровальном режиме и характеризуются более широким по сравнению с ситчатыми тарелками диапазоном нагрузок по фазам. Это обусловливает их применение в ряде химический-технол. процессов, несмотря на повыш. гидравлич. сопротивление, значительной металлоемкость и трудоемкость изготовления. Созданы и используются в некоторых производствах (например, при концентрировании HNO3) аппараты с однокол-пачковыми тарелками.

Клапанные тарелки (рис. 1,в) позволяют изменять свободный сечение установкой на их плато подвижных круглых или прямоугольных клапанов. Высота их подъема увеличивается с ростом скорости газа и регулируется спец. ограничителями либо весом клапана.

Провальные тарелки не имеют переливных устройств, их плато перфорировано круглыми, квадратными и др. формы отверстиями диаметром 20-100 мм. Через эти отверстия периодически или одновременно проходит газ и стекает ("проваливается") жидкость. В результате проти-воточного взаимодействия фаз на тарелках поддерживается слой жидкости, достаточный для обеспечения высокой эффективности аппаратов с такими тарелками. Однако рабочий диапазон нагрузок по фазам, а также средняя движущая сила массопереноса на провальных тарелках меньше, чем на тарелках с переливами.

Аппараты со струйными и струйно-барботажными тарелками. Стремление к созданию ТАРЕЛЬЧАТЫЕ АППАРАТЫ а., функционирующих при повыш. нагрузках по газу [F0 = 3-5 кг0,5/(с•м0,5)], привело к конструкции струйных тарелоколо Прямоточный или перекрестно-прямоточный контакт фаз на них осуществляется путем направленного ввода газа при проходе через ситчатое плато с помощью находящихся на нем чешуек или клапанов, ориентированных в сторону слива, поэтому выходящий из отверстий с высокой скоростью газ дробит жидкость на капли и струи, и газо-жидкостной поток транспортируется над плато тарелок к переливному устройству. Созданы тарелки, плато которых выполнено из просечно-вытяжного листа с установкой поперек газо-жидкостного потока отбойников для уменьшения брызгоуноса. Поскольку газо-жидкостной поток существенно неравномерен (волны, раскачка, локальный "провал" жидкости, застойные зоны и байпасные потоки), плато тарелок новых отечеств. конструкций секционируют. Различают продольно-поперечное и продольное секционирование.


Рис. 1. Барботажные и струйные тарелки: а-ситчатая; б-колпачковая; в-клапанная; г-с продольно-поперечным секционированием и двумя зонами контакта фаз (А-одноэлементная, Б-семиэлементная); д-чешуйчатая с продольным секционированием жидкостного потока (показана часть плато тарелки). Элементы тарелок: 1-корпус аппарата; 2-плато; 3, 14-переливная и секционирующая перегородки; 4, 5-переливной и приемный карманы; 6, 7-колпачок и прорези на нем; 8-патрубок; 9, 10, 11-клапан и ограничители его посадки и подъема; 12-двухщелевое цилиндрпч. переливное устройство; 13-отбойный направляющий диск; 15-чешуйки.

Тарелки с продольно-поперечным секционированием (рис. 1, г) имеют две зоны контакта фаз: бар-ботажную и дополнительную (пленочная зона), создаваемую за счет специально организованного слива жидкости с одной тарелки на другую (двухщелевое цилиндрич. переливное устройство с отбойным направляющим диском). Газ после барботажа контактирует с жидкостью в пленочной зоне. Сепарирующее действие пленки и увеличенное рабочее плато (отсутствуют приемные карманы) позволяют значительно интенсифицировать массоперенос и практически удвоить по сравнению с барботажными тарелками нагрузки по газу. Благодаря развитой длине переливных перегородок тарелки могут работать при очень высоких нагрузках по жидкости. С помощью поперечных секционирующих перегородок выделяются самостоятельно функционирующие элементы тарелок, между к-рыми возможно перераспределение фаз. Такое секционирование исключает неравномерность контакта фаз и дает возможность создавать ТАРЕЛЬЧАТЫЕ АППАРАТЫ а. для агрегатов большой единичной мощности (производства NH3 и H2SO4, разделение газов, нефтепереработка и др.).

Тарелки с продольным секционированием (рис. 1, д). Установкой вдоль направления движения жидкости перегородок достигается секционирование на лотко-образные элементы, между к-рыми также могут перераспределяться фазы. На плато тарелок размещены чешуйки (клапаны), направляющие поток газа перекрестно по отношению к жидкостному потоку и во взаимно противоположных направлениях в соседних рядах чешуек. На таких тарелках струйно-направленное взаимодействие фаз сочетается с противонаправленным контактом струй. Тарелки работают как в струйном, так и в барботажном режимах.

Аппараты с тарелками других конструкций. ТАРЕЛЬЧАТЫЕ АППАРАТЫ а. широко применяют для решения многообразных задач пром. экологии: очистки отбросных газов при организации газооборотных циклов, очистки газов от пыли, конденсации целевых продуктов из отходящих материальных потоков и т.д. Специфика работы ТАРЕЛЬЧАТЫЕ АППАРАТЫ а. для этих процессов определяется необходимостью создания тарелок, обладающих крайне низким гидравлич. сопротивлением и малым брызгоуносом при высоких скоростях газа в поперечном сечении колонны, а также обеспечивающих очистку больших кол-в газа незна-чит. количеством жидкости.


Рис. 2. Тарелки с дискретно-гидродинамическим контактом фаз и делением газового потока: а-пленочная тарелка; б-принцип деления потока газа; в-схема элемента колонны. Элементы тарелок: 1-корпус аппарата; 2-одно-щелевой цилиндрич. перелив; 3-отбойный направляющий диск; 4-приемные карманы; 5 - секционирующие перегородки; G, L- потоки газа (пара) и жидкости,

К таким контактным устройствам относят тарелки с дискретно-гидродинамическим контактом фаз, или пленочные тарелки (рис. 2, а). На них отсутствует плато, а дискретный контакт фаз создается взаимодействие сформированных с помощью цилиндрич. щелевых переливов кольцевых струй жидкости (пленок) с потоком газа. После контакта с ним жидкость собирается в приемном желобе и перетекает в перелив нижерасположенной тарелки. В ТАРЕЛЬЧАТЫЕ АППАРАТЫ а. для процессов очистки газов используется принцип деления потоков, заключающийся в том, что в зоне контакта газ разделяется на два потока, которые последовательно взаимодействие с жидкостью (рис. 2, б). Сочетание дискретно-гидро-динамич. контакта фаз с делением потоков (рис. 2, б) применяют в ТАРЕЛЬЧАТЫЕ АППАРАТЫ а. для очистных систем, функционирующих при F0 = 3.5-9,0 кг0,5/(с•м0,5), низких жидкостных нагрузках [0,7 м3/(м2•ч)] и незначительной гидравлич. сопротивлении тарелоколо

На тарелках с повышенной однородностью га-зо-жидкостного слоя сочетаются барботажный и струй-но-направленный контакты фаз. Это позволяет очищать в ТАРЕЛЬЧАТЫЕ АППАРАТЫ а. запыленные отбросные потоки газа, обеспечивая смыв твердых частиц, осаждающихся на плато тарелоколо

Разновидность ТАРЕЛЬЧАТЫЕ АППАРАТЫа.-тарельчато-насадочные аппараты, в которых размещены с зазором чередующиеся слои тарелок и насадок (см. Насадочные аппараты).

Литература: Чехов О. С, Рыбинский А. Г., Николайкин Н. И., "Химическая промышленость за рубежом", 1976, № 6, с. 58-79; Аксельрод Ю. В., Газожидкостные хемосорбциониые процессы, М., 1989; Prinzler H. W., Summer distillations, Lpz, 1983vp. 265-98. О. С. Чехов.

Химическая энциклопедия. Том 4 >> К списку статей


[каталог]  [статьи]  [доска объявлений]    [обратная связь]

 

 

Реклама
пламягасители вместо катализаторов сааб
акустическая система для домашнего кинотеатра7 1
купить билет ну подожди
сетки для настольного тенниса в рязани

Рекомендуемые книги

Введение в химию окружающей среды.

Книга известных английских ученых раскрывает основные принципы химии окружающей среды и их действие в локальных и глобальных масштабах. Важный аспект книги заключается в раскрытии механизма действия природных геохимических процессов в разных масштабах времени и влияния на них человеческой деятельности. Показываются химический состав, происхождение и эволюция земной коры, океанов и атмосферы. Детально рассматриваются процессы выветривания и их влияние на химический состав осадочных образований, почв и поверхностных вод на континентах. Для студентов и преподавателей факультетов биологии, географии и химии университетов и преподавателей средних школ, а также для широкого круга читателей.

Химия и технология редких и рассеянных элементов.

Книга представляет собой учебное пособие по специальным курсам для студентов химико-технологических вузов. В первой части изложены основы химии и технологии лития, рубидия, цезия, бериллия, галлия, индия, таллия. Во второй части книги изложены основы химии и технологии скандия, натрия, лантана, лантаноидов, германия, титана, циркония, гафния. В третьей части книги изложены основы химии и технологии ванадия, ниобия, тантала, селена, теллура, молибдена, вольфрама, рения. Наибольшее внимание уделено свойствам соединений элементов, имеющих значение в технологии. В технологии каждого элемента описаны важнейшие области применения, характеристика рудного сырья и его обогащение, получение соединений из концентратов и отходов производства, современные методы разделения и очистки элементов. Пособие составлено по материалам, опубликованным из советской и зарубежной печати по 1972 год включительно.

 

 



Рейтинг@Mail.ru Rambler's Top100

Copyright © 2001-2012
(13.12.2017)