ximia.org - сайт о химии для химиков
РАЗДЕЛЫ САЙТА
Разная химия
Неорганическая
Органическая
Биологическая
Наглядная биохимия
Токсикологическая

База знаний
Химическая энциклопедия
Справочник по веществам
Таблица Д.И. Менделеева
Гетероциклические соед.
Теплотехника
Углеводы

Партнёры по химии
Всё об Алхимии

Химия в жизни
Каталог предприятий

Дополнительно
Лекарственные средства Фармацевтический справ.
 
Всё о Химии - Ximia.org

ТАРЕЛЬЧАТЫЕ АППАРАТЫ


Алфавитный указатель: А Б В Г Д Е Ж З И К Л М Н О П Р С Т У Ф Х Ц Ч Ш Щ Э Ю Я


ТАРЕЛЬЧАТЫЕ АППАРАТЫ, массообменные вертикальные колонные аппараты, снабженные расположенными одна над другой поперечными перегородками, или тарелками, с помощью к-рых по высоте колонны осуществляется многократный дискретный контакт газа (пара) с жидкостью. Организованное движение фаз на тарелках м. б. 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., напр., 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 пов-сти (плато) соответствующего запаса жидкой фазы (т. наз. 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 (напр., 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 значит. степени зависит от способов контактирования фаз на их пов-сти. Различают барботажный и струйный гидродинамич. режимы работы тарелок. В барботажном режиме на тарелках поддерживается слой жидкости (сплошная фаза), через к-рый барботирует восходящий поток газа (дисперсная фаза), распределяясь в жидкости пузырьками (см. также Барботирование). С повышением нагрузок по газу происходит инверсия фаз, при к-рой в сплошной (газовой) фазе распределена в виде капель и струй дисперсная (жидкая) фаза; такой режим наз. 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). Своб. сечение (суммарная площадь всех отверстий или щелей) для прохода газа составляет 1-30%, а площадь, занимаемая переливными устройствами, - ок. 20% от площади поперечного сечения колонны. На провальных тарелках реализуется противоточный контакт фаз.

Нагрузка по газу характеризуется т. наз. F0-фактором [F0 = u4099-15.jpg(rG-плотн. газа, u-его скорость в поперечном сечении аппарата)], к-рый достигает 2-2,5 кг0,5/(с·м0,5). С помощью параметра F0 находят диаметр Т. а. по ф-ле: 4099-16.jpg , 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 тарелок.

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

Колпачковые тарелки (рис. 1,б) имеют колпачки разл. 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 хим.-технол. процессов, несмотря на повыш. гидравлич. сопротивление, значит. металлоемкость и трудоемкость изготовления. Созданы и используются в нек-рых произ-вах (напр., при концентрировании HNO3) аппараты с однокол-пачковыми тарелками.

Клапанные тарелки (рис. 1,в) позволяют изменять своб. 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 взаимод. 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 Т. а., функционирующих при повыш. нагрузках по газу [F0 = 3-5 кг0,5/(с·м0,5)], привело к конструкции струйных тарелок. 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 к-рых 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.

4099-17.jpg

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 Т. а. для агрегатов большой единичной мощности (произ-ва 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 взаимод. фаз сочетается с противонаправленным контактом струй. Тарелки работают как в струйном, так и в барботажном режимах.

Аппараты с тарелками других конструкций. Т. 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 Т. 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. кол-вом жидкости.

4099-18.jpg

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 взаимод. 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 Т. а. для процессов очистки газов используется принцип деления потоков, заключающийся в том, что в зоне контакта газ разделяется на два потока, к-рые последовательно взаимод. с жидкостью (рис. 2, б). Сочетание дискретно-гидро-динамич. контакта фаз с делением потоков (рис. 2, б) применяют в Т. 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 незначит. гидравлич. сопротивлении тарелок.

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

Разновидность Т.а.-тарельчато-насадочные аппараты, в к-рых размещены с зазором чередующиеся слои тарелок и насадок (см. Насадочные аппараты).


===
Исп. литература для статьи «ТАРЕЛЬЧАТЫЕ АППАРАТЫ»:
Чехов О. С, Рыбинский А. Г., Николайкин Н. И., "Хим. пром-сть 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.

Страница «ТАРЕЛЬЧАТЫЕ АППАРАТЫ» подготовлена по материалам химической энциклопедии.

 

Всё о Химии для учеников, учителей, студентов и просто химиков