Секционированные массообменные устройства
Одно из направлений технического прогресса в химической, нефтехимической и нефтеперерабатывающей промышленности — разработка и применение аппаратов большой единичной мощности. До недавнего времени повышение эффективности и производительности колонн обеспечивали увеличением их высоты и диаметра. Однако с увеличением диаметра колонны возрастает неупорядоченность движения взаимодействующих фаз: на тарелке появляются «байпасные» потоки, «мертвые» зоны, возникает поперечная неравномерность скорости газового потока ri высоты жидкости на тарелке. Все это снижает эффективность массообмена в колонне. В связи с этим производительность аппарата следует повышать не увеличением размеров аппарата, а созданием контактных устройств, обладающих высокой производительностью по жидкости и пару, в частности, продольным и поперечным секционированием этих устройств.
Известно, что производительность тарелок повышается при контактировании фаз в прямотоке. Однако при прямоточном взаимодействии и большой скорости пара (газа) жидкость смещается в направлении к сливному карману, что затрудняет работу сливных устройств.
Для компенсации прямоточного движения фаз и исключения его распространения на всю Тарелку можно устанавливать на тарелке продольные и поперечные перегородки, обеспечивающие зигзагообразное движение жидкости на тарелке от перелива к сливу, а также создающие условия для движения потоков паро-жидкостной смеси по тарелке в противоположных или пересекающихся направлениях.
Примером может служить продольно-секционированная тарелка с просечными элементами (рис. 2.18). На полотне тарелки 2 выштампованы просечки 1, отогнутые под углом. Тарелка секционирована вдоль потока жидкости вертикальными перегородками 3, причем для создания постоянного гидравлического сопротивления по всей тарелке перегородки перфорированы.
При скорости газа до 1,5 м/с тарелки работают аналогично ситчатой и колпачковой: жидкость из переливного кармана а поступает на рабочую часть тарелки, газ вводится через просечки, барботирует через слой жидкости, аэрирует ее и на тарелке образуется газожидкостный слой. При скорости газа более 1,5 м/с газовые струи, выходящие из просечек, и создаваемые ими потоки жидкости движутся к вертикальным перегородкам или стенкам колонны, ударяются о них, сепарируются и газ покидает тарелку. При этом жидкость совершает сложное зигзагообразное движение от переливного а к сливному б карману.
Вариантом массообменного устройства с продольным секционированием является клапанная тарелка с продольными перегородками 3 (рис. 2.19), которая отличается от тарелки с просечными элементами тем, что на полотне 1 тарелки вместо просечек смонтированы клапаны 2 с боковыми стенками, обеспечивающие направленное движение жидкостного потока.
По производительности такие тарелки превосходят обычные клапанные тарелки без продольного секционирования в 1,4 раза, а по эффективности массообмена в 1,25—1,3 раза.
При высокой плотности орошения [более 50 м3/(м2-ч)], когда работа тарелок лимитируется производительностью переливных устройств, целесообразно применение многосливной продольно-секционированной тарелки, или тарелки с двумя зонами контакта фаз (рис. 2.20). Последняя представляет собой комбинацию барботажной тарелки (ситчатой, клапанной) с устройством, в котором реализуется зона контакта фаз, формирующаяся в пространстве между тарелками при перетекании жидкости. Тарелка состоит из перфорированного основания 1 с установленными на нем сливными карманами 2 (могут быть одно-, двух- и трехщелевыми). направляющих планок 3 и отбойных дисков 4.
Однощелевой сливной карман, установленный на тарелке 1 (рис. 2.21, а), состоит из патрубка 2 и отбойного диска 3, укрепленного так, что между ними образуется кольцевая щель шириной А = 4 ... 12 мм. Через эту щель вытекает кольцевая струя жидкости, образуя дополнительную зону контакта. При установке двухщелевого сливного кармана (рис. 2.21, б) жидкость переливается через сливную перегородку, протекает по внутренней стенке наружного патрубка 2 и конусу 4 во внутренний патрубок 5 и вытекает из нижней щели кольцевой струей, образуя дополнительную зону контакта.
С увеличением производительности по жидкости уровень ее в патрубке 5 повышается, жидкость заполняет пространство в патрубке 2 и начинается истечение из верхней щели. В пространстве между тарелками образуется вторая кольцевая струя. Таким образом, многощелевой слив позволяет значительно расширить диапазон нагрузок по жидкости.
Тарелки с двумя зонами контакта фаз позволяют повысить эффективность массообмена примерно на 30 % благодаря образованию дополнительной зоны контакта в пространстве между тарелками.