Содержание
Распределители жидкости и устройства для сбора и отвода жидкости, стекающей из пакета насадки
Регулярные насадки требуют высокой равномерности орошения жидкостью для обеспечения эффективного процесса массообмена. Орошение жидкости должно не только обеспечивать равномерное распределение по насадке, но и позволять паровому потоку проходить через устройство с минимальными гидравлическими потерями. В связи с этим узлы орошения являются важной и сложной частью колонны, занимающей значительный объем. Эти устройства играют ключевую роль в процессе, так как они влияют на эффективность работы всего аппарата.
Типы распределителей жидкости
В зависимости от принципа работы распределители жидкости можно разделить на два основных типа: низконапорные и высоконапорные. Оба типа имеют свои особенности и применения.
- Низконапорные распределители используют гравитационный принцип истечения жидкости и подходят для большинства процессов, где не требуется значительное давление. Они обеспечивают равномерное орошение с минимальными затратами энергии.
- Высоконапорные распределители работают с использованием насосов, что позволяет добиться более высокой равномерности орошения. Однако такие системы требуют дополнительных энергетических затрат и могут быть более сложными в обслуживании из-за вероятности забивания форсунок.
Традиционные распределители, использующиеся в колоннах с нерегулярными (насыпными) насадками, не подходят для колонн с регулярными насадками из-за различий в конструкции и принципах работы.
Конструкции
Многоточечные распределители жидкости
Описание: Многоточечные распределители предназначены для равномерного распределения жидкого потока по колонне. Эти устройства обеспечивают более точное орошение, что критично для эффективного разделения компонентов в процессе ректификации. Такие распределители могут иметь от 600 до 800 точек орошения на квадратный метр.
Применение: Используются в колоннах с регулярной насадкой для повышения эффективности разделения и обеспечения однородного распределения жидкости по всему сечению колонны.
Желобчатые распределители
Описание: Желобчатые распределители представляют собой ряды желобов, по которым равномерно распределяется жидкость. Эти устройства обычно применяются в колоннах с диаметром более 400 мм.
Функции: Обеспечивают равномерное распределение жидкой фазы, минимизируя гидравлическое сопротивление, что позволяет более эффективно использовать энергию и уменьшить потери на переток жидкости.
Лотковые распределители
Описание: Лотковые распределители состоят из отдельных лотков, установленных на опорном кольце. Эти лотки соединены между собой переливными патрубками, которые поддерживают равномерный уровень жидкости во всех лотках.
Применение: Используются в колоннах с нерегулярной насадкой и в других случаях, когда необходимо минимизировать гидравлическое сопротивление и обеспечить стабильный поток жидкости.
Трубчатые распределители
Описание: Трубчатые распределители выполнены из перфорированных труб, которые равномерно распределяют жидкость и пар по колонне.
Функции: Эти устройства обеспечивают эффективное взаимодействие фаз, позволяя избежать заторов и поддерживать оптимальное распределение флегмы по колонне.
Устройства для сбора и отвода жидкости
Описание: Устройства для сбора и отвода жидкости могут включать сборные тарелки и карманы для отвода жидкой фазы. Эти устройства критически важны для систем с боковыми отборными точками.
Функции: Обеспечивают отвод жидкости с минимальными потерями, поддерживая необходимый уровень жидкости в колонне, что является важным для стабильной работы процесса.
Высоконапорные форсунки
Описание: В некоторых зарубежных разработках для улучшения равномерности орошения применяются высоконапорные форсунки. Они обеспечивают более точное распределение жидкости, что способствует улучшению массообмена.
В зарубежных разработках, например фирмы «Zulzer», распределители жидкости часто выполняются с использованием высоконапорных форсунок, причем число форсунок превышает 100 штук на 1 м2 сечения насадки. За счет этого достигается более высокая равномерность орошения в сравнении с вариантом использования низконапорных струйных распределителей, но одновременно возрастают как энергетические, так и капитальные затраты. Кроме того, эти конструкции обладают меньшей надежностью из-за вероятности забивания форсунок.
Недостатки: Высокие капитальные затраты на установку, а также риск забивания форсунок, что может снизить эффективность работы распределителя и требует дополнительного обслуживания.
Устройства отводов жидкой фазы
Описание: Специальные устройства для организации боковых отборов жидкой фазы могут включать «глухие» тарелки или специальные сборные тарелки с карманами для отвода жидкости.
Применение: Используются для организации многоуровневых отборов жидкости по высоте колонны в схемах ректификации. Эти устройства важны для разделения жидкостей с разными фракциями.
Сравнение типов распределителей жидкости
| Тип устройства | Принцип работы | Применение | Преимущества | Недостатки |
|---|---|---|---|---|
| Многоточечные распределители | Равномерное распределение жидкости | Ректификационные колонны с регулярной насадкой | Высокая равномерность орошения | Требуют тщательного проектирования |
| Желобчатые распределители | Распределение жидкости через желоба | Для колонн диаметром > 400 мм | Минимизация гидравлического сопротивления | Ограниченная область применения |
| Лотковые распределители | Лотки с переливными патрубками | Колонны с нерегулярной насадкой | Минимальные гидравлические потери | Меньшая эффективность для больших потоков |
| Трубчатые распределители | Перфорированные трубы | Ввод жидкости и пара в колонну | Эффективное распределение фаз | Может быть сложным в обслуживании |
| Высоконапорные форсунки | Форсунки с высоким давлением | Для повышения равномерности орошения | Очень высокая равномерность орошения | Высокие капитальные и эксплуатационные затраты |
| Устройства для сбора жидкости | Сборные тарелки, карманы | Боковые отборы жидкости | Эффективный отвод жидкости | Требуют дополнительного пространства в колонне |
Низконапорные распределители
Рис. 1. Распределители фирмы «Инжехим»
Распределитель (перераспределитель) жидкости состоит из отдельных лотков, установленных на опорном кольце с зазорами, ширина которых сопоставима с шириной лотков, а сами лотки соединены между собой переливными патрубками. Зазоры между лотками закрыты козырьками для предотвращения провала стекающей сверху жидкости на нижележащие слои насадки мимо распределительного устройства. Паровой поток из нижерасположенного пакета насадки проходит через зазоры между лотками в вышерасположенный слой насадки, а жидкостный поток с вышележащих слоев насадки попадает в лотки и, стекает через специальные отверстия в виде отдельных струй, равномерно распределенных по сечению колонного аппарата. Одинаковый уровень жидкости во всех лотках поддерживается благодаря наличию переливных патрубков между лотками распределителя, что обеспечивает равную скорость истечения жидкости из всех отверстий. Количество точек орошения колеблется от 50 до 80 штук на квадратный метр в зависимости от условий эксплуатации.
Рассмотренная конструкция рассчитана на внешний подвод жидкого орошения (узлы ввода сырья, флегмы, циркуляционных орошений и т.д.), но малопригодна для организации боковых отборов жидкой фазы, которые необходимы в схемах ректификации установок АТ-АВТ. Для бокового отбора жидкой фазы по высоте колонны могут использоваться «глухие» тарелки (рис. 3.3б), либо специальные сборные тарелки вышерассмотренного лоткового типа, дооборудованные сборными карманами для отвода жидкой фазы. Однако ниже сборной тарелки в этом случае приходится устанавливать ещё одну распределительную тарелку лоткового типа. В любом случае узел промежуточного отбора жидкости оказывается очень громоздким и «съедает» значительную часть высоты колонны, что ведет к росту капитальных вложений в производство. Данное обстоятельство является одним из принципиальных недостатков насадочных колонн при сравнении их с традиционными тарелками.
