Основные размеры и гидравлическое сопротивление ректификационных аппаратов Тарельчатые колонны

Зависимость КПД барботажных тарелок от средней скорости пара характеризуется кривой, показанной на рис. 11-22, а. При прочих равных условиях величина КПД резко падает с уменьшением скорости пара ниже некоторого минимального значения (вследствие плохого контакта жидкости и пара) и при увеличении скорости пара выше некоторой предельной величины (из-зи уноса паровым потоком брызг и капель жидкости с нижележащих тарелок на вышележащие).

А к т и в н о й называется площадь тарелки за вычетом площадей, занятых переточным устройством (сегмента на рис. 11-22, б) и колпачками.

Опытами установлено, что на величину КПД при допустимой скорости пара Wп оказывает определенное влияние расстояние между тарелками H (рис. 11-22, в). С ростом последнего уменьшается возможность уноса капель и брызг жидкости с нижележащих на вышележащие тарелки, поэтому допустима более высокая скорость пара Wп без заметного падения величины КПД. При прочих равных условиях допустимая скорость пара Wп снижается с увеличением диаметра колпачка Dо и плотности пара (ρп), а также с уменьшением флегмового числа R и плотности жидкости ρж.

Рис. 11-22. К определению основных размеров колонн с колпачковыми тарелками:

а – зависимость КПД тарелки от скорости пара в незаполненном сечении колонны; б – активная поверхность тарелки; в – скорости пара Wп, Wа и Wт.

Пути экономии энергии в ректификационных установках

Большая экономия тепла может быть достигнута путем применения принципа т е п л о в о г о н а с о с а по схеме, изображенной на рис. 11-23, а. Здесь пар, уходящий из колонны, сжимается компрессором до давления, соответствующего требуемой температуре его конденсации в нагревательной камере дистилляционного куба. При этом, очевидно, не нужно устанавливать конденсатор; кроме того, сокращаются расходы пара и охлаждающей воды. Рассматриваемая схема выгодна тогда, когда стоимость энергии, потребляемой компрессором, уступает затратам на греющий пар и охлаждающую воду. Экономичность установки возрастает по мере уменьшения разности температур кипения компонентов ректифицируемой смеси.

а б

Рис. 11-23. Ректификационные установки с тепловым насосом:

а – установка с компрессором для сжатия паров, уходящих из укрепляющей части колонны; 1- колонна; 2 – компрессор; 3 – флегма; 4 – дистиллят; б – установка с пароструйным инжектором; 1- колонна; 2 – соуд-расширитель; 3 – инжектор; 4 – инжектирующий пар; 5 – поток кубового остатка; 6 – смесь сжатых паров.

В случаях, когда кубовым остатком при ректификации является вода, выгодно обогревать дистилляционный куб голым паром, а не через поверхность нагрева. Помимо удешевления ректификационной установки, в данном случае может быть достигнута значительная экономия тепла путем использования принципа теплового насоса с помощью пароструйного инжектора (рис. 11-23, б). Здесь кубовый остаток переходит из куба в сосуд-расширитель, где создается разрежение благодаря присоединению его парового пространства к всасывающему штуцеру пароструйного инжектора. Из последнего сжатая смесь инжектирующего пара и вторичных паров, образовавшихся в сосуде-расширителе, подается под нижнюю тарелку исчерпывающей колонны; неиспарившаяся и охлажденная часть кубового остатка отводится из системы. Как и в случае выпарных аппаратов, достигаемая экономия тепла зависит от разности давлений в дистилляционном кубе и сосуде-расширителе и от коэффициента инжекции.