Ректификационной колонны (Л. Р. № 3)

ИСПЫТАНИЕ ТАРЕЛЬЧАТОЙ

РЕКТИФИКАЦИОННОЙ КОЛОННЫ (л.р. № 3)

Что называется процессом ректификации?

Ректификация – это процесс разделения жидких однородных смесей, состоя-

щих из компонентов различной летучести на практически чистые компоненты или

фракции путем противоточного взаимодействия паров и жидкости.

Как называются аппараты, в которых проводится процесс ректи-

Фикации и на какие группы их можно условно разделить?

 

Аппараты, в которых осуществляется процесс ректификации, называют ректификационными колоннами. Ректификационная колонна (рисунок 4.14) представляет собой высокий вертикальный цилиндрический аппарат, снабженный контактными устройствами – тарелками или насадками. Перенос массы осуществляется через поверхность раздела фаз, поэтому в колоннах должна быть развитая поверхность соприкосновения между паром и жидкостью. По способу образования этой поверхности колонны можно условно разделить на следующие группы: тарельчатые, насадочные и роторные.

Ректификационные тарелки

Наиболее распространенные конструкции тарелок:

1. Переливные. Это колпачковые, ситчатые и клапанные.

2. Безпереливные (провальные) – решетчатые.

3. Прямоточные.

 

а) колпачковые тарелки Из переливного стакана 2 жидкость с расходом L выливается на тарелку 5 с

верхней тарелки. Гидрозатвор 3 исключает попадание паров в переливной стакан. Переливной порог 4 поддерживает на тарелке определенный уровень жидкости. Пары расходом G движутся снизу вверх и проходят в патрубках 6.2 под колпачки 6.1. При этом пары диспергируются зубчиками колпачка на пузырьки и барботируют через слой жидкости, образуя на тарелке слой пены и брызг (барботажный слой). В нем развивается большая межфазная поверхность между парами и жидкостью и происходит интенсивный массообмен между ними: ЛЛК переносится из жидкости в пары, а ТЛК – обратно. При этом пары насыщаются ЛЛК, а жидкость – ТЛК.

 

б) Ситчатые тарелки

Имеют много отверстий диаметром 4 ÷ 8 мм. Чем меньше диаметр отверстий,

тем выше эффективность и гидравлическое сопротивление тарелки. Гидравлическое сопротивление тарелки определяется выражением:

где Sотв – суммарная площадь всех отверстий тарелки;

Sтарелки – площадь тарелки.

Достоинства ситчатых тарелок: простота устройства, легкость монтажа, осмотра и ремонта, небольшое гидравлическое сопротивление, устойчивость работы в довольно широком диапазоне скоростей пара.

Недостатки: чувствительность к загрязнениям и осадкам, которые забивают отверстия тарелок. В случае внезапного прекращения поступления пара или значительного снижения его давления с ситчатых тарелок сливается вся жидкость, и для возобновления процесса требуется вновь запускать колонну.

в) Клапанные тарелки

Клапан состоит из трех длинных и трех коротких ножек, что хорошо видно на развертке (рисунок 4.23). Все шесть ножек загибают вниз, а длинные загибают еще раз вбок. Короткие ножки необходимы для исключения залипания клапана и слива жидкости с тарелки после остановки колонны. Длинные ножки не дают клапану покинуть

свое место при высоком расходе пара. Принцип действия клапанных тарелок заключается в том, что свободно лежащий над отверстием в тарелке круглый клапан с изменением расхода паров своим весом автоматически регулирует величину площади зазора между клапаном и плоскостью тарелки для прохода паров и тем самым поддерживает постоянной скорость пара при его истечении в барботажный слой. При этом с увеличением скорости паров в колонне гидравлическое сопротивление клапанной тарелки увеличивается незначительно.

Достоинства: сравнительно высокая пропускная способность по пару, широкий диапазон устойчивой работы (гидродинамическая устойчивость), постоянная и высокая эффективность.

Недостатки: повышенное гидравлическое сопротивление (обусловленное весом клапанов), чувствительность к неточностям сборки.

Провальные тарелки

Это ситчатые без переливов. Диаметр отверстий 10 ÷ 15 мм пара и жидкость

проходят через отверстия в тарелке. Живое сечение тарелки j =8 ÷ 10 %. Применяются в случае, если не нужна высокая точность разделения, имеют высокую производительность.

Достоинства – низкая стоимость, легкость монтажа и обслуживания, низкое гидравлическое сопротивление, высокая производительность.

Недостатки: большая чувствительность к соблюдению режима процесса, очень узкий диапазон устойчивой работы (работает только при больших скоростях пара),низкая эффективность.

Массопередачи?

Уравнение (4.98) связывает эффективность тарелки с величиной коэффициента массопередачи Ky.

Если Ky → ∞ или поверхность массопередачи F → ∞, то массообмен сверхинтенсивный и E =1. С увеличением расхода паров G увеличиваются: их скорость w, число Рейнольдса Re, коэффициент массоотдачи в паровой фазе y b и коэффициент массопередачи y K.

Если Ky = 0 или F = 0, то массообмена нет и E =0.

Для большинства тарелок Е не превышает 30 %, для спиртовых колонн – 50%

Части колонны?

10. Поясните принцип работы установки (рисунок 4).

Описание установки

Установка (рисунок 4) состоит из колонны 1 с 40-ка ситчатыми та-

релками, куба-испарителя 2 с электрическим обогревом, змеевикового

конденсатора-холодильника 3, ротаметра 4 для замера количества дис-

тиллята, вакуум-прерывателя 5 для замера перепада давления в колон-

не, ротаметра 6 для замера расхода охлаждающей воды.

За счет подведенной в куб-испаритель теплоты в нем из кубового

остатка образуются пары, которые поступают в низ ректификационной

колонны. На тарелках колонны они взаимодействуют со стекающей

сверху вниз жидкостью и обогащаются легколетучим компонентом.

Пары с верха колонны направляются в межтрубное пространство холо-

дильника-конденсатора 3, где они полностью конденсируются, отдавая

теплоту охлаждающей воде, движущейся в трубе змеевика. Расход во-

ды регулируется вентилем 7 и замеряется ротаметром 6. Образовав-

шийся в конденсаторе 3 конденсат направляется на орошение колонны

в виде флегмы, а его балансовый избыток отбирается в качестве дис-

тиллята и подается в качестве исходной смеси на питательную тарелку

колонны. Этот искусственный прием использован для эмитации непре-

рывного процесса ректификации. Расход дистиллята регулируется вен-

тилем 8 и замеряется ротаметром 4. Для определения состава жидкости

по высоте колонны предусмотрены отборники проб 9. Температура в

кубе колонны замеряется термометром 10.

ИСПЫТАНИЕ ТАРЕЛЬЧАТОЙ

РЕКТИФИКАЦИОННОЙ КОЛОННЫ (л.р. № 3)