Колонні масообмінні апарати, їх класифікація.

Відома безліч конструкцій колонних апаратів, що обумовлено відмінністю характеру і режиму здійснюваних технологічних процесів.

Вертикальне розташування колонних апаратів і зумовила їх назву - колони. При цьому досягається:

- економія виробничих площ;

- простота внутрішних та міжагрегатних комунікацій;

- раціональна організація взаємодіючих потоків в самих апаратах: рух важкої фази донизу, а легкої - догори.

До колонних апаратів будь-якого технологічного призначення пред'являється порівняно великий комплекс складних вимог:

- велика поверхня міжфазового контакту в одиниці робочого об'єму;

- рівномірний розподіл взаємодіючих потоків по перерізу апарату;

- відсутність малорухомих або застійних зон;

- максимально можлива інтенсивність фізичних і хімічних процесів, які протікають в апараті;

- однаковий час перебування взаємодіючих фаз усередині апарату;

- мінімальний гідравлічний опір;

- низька металоємність;

- простота конструкції;

- достатня хімічна стійкість по відношенню до оброблюваних середовищ;

- висока надійність дії;

- зручність ремонту і обслуговування.

Створення апаратів, що повною мірою задовольняють усім перерахованим вимогам, є складною проблемою, спроби вирішення якої привели до появи безлічі різноманітних конструкцій. Жодна з них, проте, не задовольняє усьому комплексу вимог. Тому жодна з відомих конструкцій не є універсальною, а в різних виробництвах прагнуть застосовувати ті конструкції, які більшою мірою задовольняють тим вимогам, які для цих умов є визначальними.

Колонні масообмінні апарати переважно призначені для проведення процесів абсорбції, десорбції, дистиляції і ректифікації. Принципово ці апарати влаштовані однаково, відмінність між ними складається в типі контактних пристроїв, у наявності всередині апарата додаткових вузлів, а також у наявності додаткових патрубків для уведення сировини в колону і відведення проміжних потоків і продуктів.

Класифікаційні ознаки масообмінних колон. Існує декілька методів класифікації контактних пристроїв. Загальноприйнятої класифікації дотепер нема, та й навряд чи це доцільно через надзвичайно велику кількість класифікаційних ознак, віднесених до тієї або іншої групи.

Сучасні колонні апарати класифікують за наступними основними класифікаційними ознаками:

- за технологічним призначенням (абсорбційні, десорбційні, ректифікаційні);

- за відносним напрямком руху потоків (протитечійні, прямоточні, зі змішаним рухом та ін.);

- за способом створення поверхні контакту фаз: з фіксованою поверхнею або з поверхнею, утвореною в процесі роботи;

- за способом організації контакту між газом (паром) і рідиною: плівкові, емульгуючі, барботажні, розпилюючі, ежекторні та ін.;

- за типом колони і устрієм контактних пристроїв: порожнисті (розпилюючі); насадкові; тарілчасті; інжекційно-контактні; пристрої із зовнішнім підведенням енергії (відцентрові, пульсаційні, вібраційні) та ін.;

- залежно від застосовуваного робочого тиску в колоні (вакуумні, атмосферні та працюючі під надлишковим тиском).

При виборі конструкції колони та типу контактних пристроїв перевагу віддають тим апаратам, які мають відносно просту конструкцію та забезпечують високу ефективність при різних робочих навантаженнях, надійність роботи, низький гідравлічний опір апарата, можливість роботи на забруднених середовищах, низьку металоємність, низьку трудомісткість при виготовленні, монтажі та ремонті.

Нами будуть розглянуті колонні апарати за новим класифікаційним признаком: оскільки в колонних апаратах відбувається процес масообміну між газовою фазою і рідинною фазою, тому всі массообмінні апарати можна розділити на три великі класи:

1. апарати, у яких газ (пара) є суцільним середовищем, а рідина - дисперсійною;

2. апарати, у яких рідина є суцільним середовищем, а газ - дисперсійною;

3. апарати, у яких залежно від співвідношення фазових потоків реалізуються обидва режими.

I. До апаратів першого класу відносяться розпилюючи і плівкові колони.

В розпилюючих колонах розпилювання рідини може здійснюватися:

- за рахунок використання енергії рідини:

- через отвори;

- через ударні форсунки;

- через відцентрові форсунки.

- за рахунок створення відцентрових сил:

- ротаційні (що обертаються) розпилювачі і розбризкувачі.

Плівкові колони підрозділяються на:

- колони з вільно стікаючою плівкою рідини, яка рухається по поверхні;

- колони з примусовим рухом плівки рідини по поверхні в ротаційних апаратах;

- колони з просторовою рідинною плівкою, яка утворюється:

- шляхом витікання під власною вагою;

- шляхом витікання під тиском з вузької щілини.

II. До апаратів другого класу відносяться тарілчасті колони, у яких взаємодія фаз в зоні контакту здійснюється за принципом:

- протитечії (провальні тарілки);

- перехресної течії (сітчасті, ковпачкові, клапанні тарілки);

- прямотечії (пластинчаті, S-образні, лускаті тарілки).

III. До апаратів третього класу відносяться насадкові колони, в яких взаємодія фаз відбувається або як у апаратів першого класу (газ є суцільним середовищем, а рідина - дисперсійною), або як у апаратів другого класу (рідина - суцільне середовище, а газ - дисперсійний). Така відмінність викликана тим, що при певному співвідношенні фазових потоків відбувається так звана інверсія фаз: до вказаної інверсії насадкова колона працює як апарат першого класу (газ - суцільне середовище, а рідина - дисперсійне), а після вказаної інверсії картина міняється на зворотну: рідина стає суцільним середовищем, а газ - дисперсійною.

Насадкові колони відрізняються тим, що при відповідній зміні режимів колона працює спочатку як плівкова, потім як розпилюючи, а при подальшому збільшенні навантажень по рідині - як тарілчаста.

Дата добавления: 2015-08-18