Т.Ф.Ильина

Е.М.Абакачева

КОЛОННЫЕ АППАРАТЫ ПРОЦЕССОВ

АБСОРБЦИИ И РЕКТИФИКАЦИИ И ЭЛЕМЕНТЫ РАСЧЕТА

УЧЕБНОЕ ПОСОБИЕ

УФА 2010

УДК 66.021.3

ББК 35.113

И47

Рецензенты:Р.Н.Фаткуллин

Доцент кафедры,кандидат технических наук Т.Г. Белобородова

Ильина Т.Ф.,Абакачева Е.М.

И47 Колонные аппараты процессов абсорбции и ректификации и элементы расчета:

Рассмотрены основы классификации аппаратов колонного типа. Дано описание конструкций аппаратов и принципа их работы. Изложены вопросы гидродинамики колонных аппаратов и элементы гидродинамического и механического расчетов.

Предназначено для студентов специальностей 24 08 00 «Химическая технология органических производств», 24 04 00 «Химическая технология органических веществ и топлива» и может быть полезна студентам других специальностей при выполнении курсового и дипломного проектирования.

Содержание

Основные обозначения

Введение

1 Классификация аппаратов колонного типа

1.2 Отбойные устройства колонных аппаратов

2 Колонные аппараты насадочного типа

2.1 Распределительные устройства насадочных колонн

2.1.1 Распределительные устройства для подачи жидкости

2.1.2 Распределители газа

2.2 Насадочные контактные устройства

2.2.1 Характеристика насадок

3 Колонные аппараты тарельчатого типа

3.1 Классификация контактных тарелок

3.2 Характеристика тарелок с переливными устройствами

3.2.1 Устройство и работа барботажной тарелки

3.2.2 Конструкции переливных устройств

3.2.2.1 Устройства ввода и вывода жидкости

3.2.3 Минимальная скорость перехода на беспровальный режим

3.2.4 Градиент уровня жидкости на тарелке

3.2.5 Захлебывание тарелок с переливными устройствами

3.2.6 Тарелки колпачкового типа

3.2.6.1 Тарелки с круглыми колпачками

3.2.6.2 Тарелки с S-образными элементами

3.2.7 Тарелки клапанные

3.2.8 Тарелки ситчатые

3.2.8.1 Тарелки ситчатые с отбойными элементами

3.2.8.2 Тарелки ситчато-клапанные

3.2.9 Тарелки с однонапрвленным движением пара (газа) и жидкости

3.3 Характеристика тарелок провального типа

3.3.1 Тарелки решетчатые

3.3.2 Тарелки вихревого типа

3.4 Основы выбора типа тарелок

3.5 Технологические характеристики тарелок

4 Колонные аппараты пленочного типа

5 Распыливающие аппараты колонного типа

6 Гидродинамика аппаратов колонного типа

6.1 Гидродинамика аппаратов насадочного типа

6.1.1 Однофазное движение потока через насадку

6.1.1.1 Движение газа

6.1.1.2 Движение жидкости

6.1.2 Двухфазное движение газа и жидкости через насадку

6.2 Гидродинамика аппаратов тарельчатого типа

6.2.2 Гидродинамика барботажных тарелок

6.2.2.1 Гидродинамика тарелок колпачкового типа

6.2.3 Гидродинамика тарелок провального типа

6.3 Гидродинамика аппаратов пленочного типа

6.3.1 Однофазное пленочное течение

6.3.2. Пленочное течение в двухфазном потоке

7 Гидродинамический расчет аппаратов тарельчатого типа

7.1 Расчет переливных устройств

7.1.2 Расчет гидравлического сопротивления

7.2 Расчет тарелок провального типа

Основные обозначения

а- удельная поверхность насадки, м²/м³ (часть 2); линейный размер

наиболее узкого сечения перелива, м (часть7)

D- диаметр тарелки, м

D_к - диаметр колонны, м

d_{к -} диаметр колпачка, м

d_{о --} диаметр отверстия, м

d_э- - эквивалентный диаметр щели тарелки или насадки, м

F_т - площадь поперечного сечения колонны, м²

F_о - площадь для прохода пара (газа) на тарелке , м²

F_пер - площадь одного переливного устройства на тарелке, м²

F_р - рабочее сечение тарелки, м²

F_с – свободное сечение тарелки, . м^{2 .}

f_c- относительное свободное сечение тарелки, м²/м²

f_пер- относительное сечение перелива, м²/м²

G_ж – расход жидкого потока, кг/с или кг/ч

G_п – расход парового потока, кг/с или кг/ч

g – ускорение свободного падения, м/с²

H_ж – высота уровня жидкости в переливном устройстве, м

H_п – высота слоя пены ,м

H_с – высота сепарационного пространства, м

H_т – расстояние между тарелками, м

h₁– высота подпора жидкости над водосливом, м

h_г.б.– глубина барботажа, м

h_пр– высота прорезей на колпачке тарелки, м

h _{откр пр}–высота открытия прорезей, м

h_сп– высота сливного порога на тарелке, м

h_у– зазор между колпачком и основанием тарелки, м

h_с– сопротивление сухой тарелки, мм вод. ст

L_ж– длина пути жидкости на тарелке, м

m- число колпачков на тарелке

n- диапазон устойчивой работы тарелки

n_р– число рядов колпачков или паровых патрубков тарелки из S-образных

элементов на одном потоке жидкости

П- периметр (длина) сливной перегородки, м

Р- абсолютное давление, Па

∆Р – общее сопротивление тарелки, Па

∆Р_с – сопротивление сухой тарелки, Па

∆Р_ж – сопротивление газового потока в слое жидкости на тарелке, Па

∆Р_G – сопротивление, обусловленное поверхностным натяжением жидкости, Па

s- ширина переливного устройства, м

U- плотность орошения, м³ /(м². с) или м³ /(м². ч)

V_г – объемный расход газа (пара), м³ /с

V_ж– объемный расход жидкости, м³ /с

V_пр– объем газа (пара), проходящего через одну прорезь, м³ /с

ω- массовая скорость потока, кг/(м^2.с)

ω_доп- допустимая скорость пара в свободном сечении колонны, м/с

ω_макс- максимальная допустимая скорость пара в свободном сечении колонны, м/с

ω_мин- минимальная допустимая скорость пара в свободном сечении колонны, м/с

ω_о- скорость пара в свободном сечении тарелки, м/с

ω_р- скорость пара в рабочем сечении тарелки, м/с

У- унос жидкости на тарелке, кг/кг

Z- число прорезей в колпачке

∆- градиент уровня жидкости на тарелке ( разность статистических уровней на

входе и выходе), мм

δ – толщина тарелки, м

ε_эф – относительная эффективная площадь тарелки, м²/ м²

μ_n – динамическая вязкость пара (газа), Па с

μ_ж – динамическая вязкость жидкости, Па с

ξ- коэффициент сопротивления решетки (часть 2), коэффициент сопротивления

сухой тарелки (часть7)

ρ- плотность потока, кг/м³

t- шаг (расстояние между центрами колпачков, отверстий), м

σ- поверхностное натяжение жидкости, Н/м; допустимое напряжение, Па

Ψ- коэффициент смачивания насадки (часть 2), доля зеркала барботажа на

тарелке (часть 3)

φ- коэффициент вспениваемости жидкости.

Введение

Для контактирования потоков пара (газа) и жидкости при осуществлении массообменных процессов (ректификация, абсорбция, десорбция) применяются аппараты различных конструкций, среди которых наибольшее распространение получили аппараты колонного типа. Эти аппараты работают в широком диапазоне давлений (от вакуума до десятков МПа) и температур (включая и минусовые значения) и обладают высокой производительностью.

В химической технологии, нефтехимии, нефте- и газопереработке используют аппараты с поверхностью контакта фаз, образованной в процессе движения потоков (тарельчатые и насадочные колонны) и с фиксированной поверхностью фазового контакта (пленочные колонны с орошаемыми стенками, распылительные колонны).

Разнообразие конструктивного оформления аппаратов колонного типа и широкий диапазон изменения рабочих параметров предъявляют высокие требования к выбору и расчету аппаратуры.