Массообменные колонные аппараты.

8.1. Назначение массообменных аппаратов. Их классификация.

Массообменными называются процессы, при которых вещество из одной фазы переходит в другую путем диффузии при определенных рабочих условиях. К таким процессам относится ректификация, абсорбция, десорбция, адсорбция, экстракция и сушка. В общем случае аппараты, в которых протекают указанные процессы, называ­ются массообменными.

Для проведения того или иного процесса получили распространение определен­ные аппараты. Например, для проведения абсорбции наиболее часто применяются на­садочные колонные аппараты, а для проведения ректификации – тарельчатые колонные аппараты.

Общим для всех этих аппаратов является наличие основного конструктивного элемента – контактного устройства. Остальные узлы являются вспомогательными: дефлогматоры, холодильники, теплообменники, распределительные и питательные устройства и др.

Назначение любого контактного устройства: привести во взаимодействие жидкие и газовые (паровые) фазы и создать максимально удельную поверхность контакта фаз.

В зависимости от движения фаз относительно друг друга колонные аппараты можно подразделить на четыре группы (по Евстафьеву А.Г.):

1) прямоточные;

2) противоточные;

3) перекрестного типа;

4) полного смешения.

Дальнейшая классификация зависит от конструкции контактных устройств. Они делятся на:

1) трубчатые и с трубой Вентури;

2) пленочные и каскадные;

3) колпачковые, ситчатые, клапанные, каскадные;

4) решетчатые, волнистые.

По принципу образования межфазовой поверхности в аппарате диффузионные аппараты, к которым относятся абсорбционные и ректификационные аппараты, клас­сифицируются на три основные группы:

1) аппараты с поверхностью контакта, образуемой в процессе движения потоков – тарельчатые колонные аппараты, насадочные, инжекционные (струйные);

2) аппараты с фиксированной поверхностью фазового контакта – к ним относятся все пленочные аппараты. В них контакт фаз создается на поверхности стенок труб или пластин, покрытых пленкой стекающей жидкости.

3) Аппараты с внешним подводом энергии – роторно-пленочные, пульсационные и виб­рационные колонны.

В зависимости от рабочего давления аппараты делятся на работающие под давле­нием, атмосферные и вакууме. Около 60% изготовляемых в СССР аппаратов для аб­сорбции и ректификации представляют собой тарельчатые колонны, остальные – наса­дочные. Из-за сложности изготовления и высокой стоимости пленочные аппараты в промышленности используются относительно мало.

8.2. Общая характеристика колонных аппаратов.

Колонные аппараты состоят из вертикального корпуса большей частью с постоян­ным по высоте диаметром. Для колонн больших размеров в случае, если нагрузка по жидкости и пару (газу) значительно изменяется по высоте колонны, корпус может быть выполнен ступенчатым, т.е. состоящим из частей разного диаметра, соединенных ко­нусными переходами. Конус снабжен сферической или эллиптической крышкой и днищем и жестко скреплен опорной обечайкой (юбкой) цилиндрической или кониче­ской формы. Внутри конуса колонны смонтированы тарелки или опорные решетки для насадки, устройство для ввода сырья, штуцеры для жидкости и пара, и др. Монтаж и обслуживание тарелок выполняют через люки.

Корпуса стандартизированных колонных аппаратов изготавливают в двух испол­нениях:

1) из отдельных царг с фланцевыми соединениями для давлений до 1, 6 МПа. Царги стандартизированы по диаметру и высоте.

Таблица 8.1.

2) цельносварные корпуса рассчитываются для работы под давлением до 4 МПа, имеют диаметр D > 1000 мм с интервалом изменения диаметра через 200 мм. Расстояние между тарелками в зависимости от их типов может меняться от 300 до 1000 мм.