4 Колонные аппараты

Колонные аппараты применяют для процессов ректификации, абсорбции, мокрой очистки газов для некоторых химических процессов, т.е. для процессов взаимодействия между жидкой и газовой фазой. Обеспечение хорошего контакта между жидкостью и газом (паром) достигается за счет применения устройств, заставляющих газ многократно барботировать через жидкость; применения насадки, по которой стекает жидкость, смываемая газом; распыления жидкости в потоке газа, а также за счет использования центробежной силы. В соответствии со способом обеспечения контакта между жидкостью и газом различают барботажные (тарельчатые),насадочные, распылительные колонны аппараты механического типа.

Жидкость и газ, как правило, движутся противотоком, хотя имеются аппараты, в которых осуществляется прямоточное движение. Выбор типа колонного аппарата определяется условиями процесса, расходами жидкости и газа, давлением, температурой, коррозионными свойствами продуктов, наличием загрязнений и т.д. Обычно для процессов ректификации применяют тарельчатые колонны, а для абсорбции –насадочные. Основные элементы тарельчатых а насадочных колонн нормализованы. Нестандартные колонные аппараты используют сравнительно редко.

Высоту и диаметр колонных аппаратов определяют на основании технологических, тепловых и гидродинамических расчетов. Обычно они представляют собой вертикальные устройства большой высоты и сравнительно малого диаметра. Колонны имеют круглую форму. Ректификационные и абсорбционные установки, как правило, представляют собой сложные агрегаты, в которых колонна связана с рядом вспомогательных аппаратов: кубами, кипятильниками, различными теплообменниками, сепараторами и т.д.

Колонны больших размеров обычно устанавливают под открытым небом. Трубопроводы, обслуживающие площадки и вспомогательное оборудование, крепятся, как правило, к корпусу колонны. На верхнюю площадку крепят кран – укосину для монтажных и ремонтных работ.

На колоннах монтируют много контрольно–измерительных приборов для измерения давления, температуры, состава смеси и т.д. На линиях ввода и вывода жидкости на колонны обязательно устанавливают гидравлические затворы, препятствующие проходу газа через жидкостные патрубки. Затворы выполняют в виде U – образных участков трубопроводов или поперечных перегородок перед штуцерами. Колонны работают обычно при атмосферном давлении, вакуумные и под повышенным давлением менее распространены.

Температурные пределы применения колонных аппаратов довольно велики: от –190⁰ в установках глубокого холода, до 350  4ОО⁰ С.

4.1 Классификация колонных аппаратов

Определяющей характеристикой массообменной аппаратуры является состояние межфазной поверхности. В соответствии с этим в основу классификации аппаратуры, предназначенной для проведения процессов массопередачи, положен принцип образования межфазной поверхности. Диффузионные аппараты классифицируются на группы: 1) аппараты с фиксированной поверхностью фазового контакта; 2) аппараты с поверхностью контакта, образуемой в процессе движения потоков, 3) аппараты с внешним подводом энергии.

В соответствии с приведенной классификацией наиболее типичные широко применяемые в промышленности аппараты распределяются по группам, указанным в табл.4.1.

Конструкции массообменных аппаратов предъявляются следующие основные требования: дешевизна, простота в обслуживании, высокая производительность, максимально развитая поверхность контакта между фазами и эффективность передачи массы вещества из одной фазы в другую, устойчивость режима в широком диапазоне нагрузок, максимальная пропускная способность по паровой (газовой) и жидкой фазе, минимальное гидравлическое сопротивление, прочность конструкции и долговечность.

Таблица 4.1 - Классификация теплообменников.

I	Аппараты с фиксированной поверхностью	II	Аппараты с поверхностью, образуемой в процессе движения фаз	III	Аппараты с внешним подводом энергии
№ п/п	Наименование аппарата	№ п/п	Наименование аппарата	№ п/п	Наименование аппарата
1	Пленочные колонны с орошаемыми стенками	1	Тарельчатые колпачковые колонны	1	Аппараты с механическими мешалками
2	Колонны с плоско-параллельной насадкой	2	Тарельчатые ситчатые колонны	2	Пульсационные колонны
3	Полочные колонны	3	Тарельчатые колонны с однонаправленным движением пара и жидкости	3	Вибрационные колонны
4	Распылительные колонны	4	Тарельчатые, решетчатые и ситчатые колонны без переточных патрубков (колонны с провальными тарелками)	4	Центробежные аппараты
		5	Насадочные колонны
		6	Инжекторные (струйные) аппараты