Распределительные устройства

Размещено на http://www.allbest.ru/

Введение

В промышленности для распределения подачи жидкости используют различные распределительные устройства. Наиболее полное смачивание насадки и наибольшая эффективность аппарата достигаются при равномерном распределении жидкости по поперечному сечению колонны. Для равномерной подачи орошающей жидкости применяют различные распределительные устройства , которые можно подразделить на две группы:

* устройства, подающие жидкость отдельными струями (струйчатые оросители);

* устройства, в которых подаваемая на насадку жидкость разбивается на капли (разбрызгивающие оросители).

К струйчатым оросителям относятся распределительные плиты, желоба, «пауки», дырчатые трубы, брызгалки и оросители типа сегнерова колеса; к разбрызгивающим -- тарельчатые, многоконусные и вращающиеся центробежные оросители.

Распределительные плиты применяют двух видов: с затопленными отверстиями и свободным сливом жидкости. Желоба по принципу работы близки к распределительным плитам.

1. Насадки, их виды, применение

Насадки, применяемые для заполнения насадочных абсорберов, должны обладать большой удельной поверхностью (поверхность на единицу объема) и большим свободным объемом. Кроме того, насадка должна оказывать малое сопротивление газовому потоку, хорошо распределять жидкость и обладать коррозионной стойкостью в соответствующих средах. Для уменьшения давления на поддерживающее устройство и стенки насадка должна иметь малый объемный вес. Применяемые в абсорберах насадки можно подразделить на два типа: регулярные (правильно уложенные) и беспорядочные (засыпаемые внавал) насадки. К регулярным относятся хордовая, кольцевая (при правильной укладке) и блочная насадки.

К беспорядочным относятся кольцевая (при загрузке внавал), седлообразная и кусковая насадки. Кроме того, используют специальные типы насадок, которые могут быть регулярными и беспорядочными.

Хордовая насадка. Эта насадка (рис. 6) состоит из поставленных на ребро досок 2, образующих решетку. Решетки укладываются друг на друга, так что в смежных решетках доски повернуты на угол 90 (иногда 45). Наиболее распространена деревянная хордовая насадка, изготовляемая из досок толщиной 10-13 мм и высотой 100-150 мм.

В нижней части досок через каждые 200-250 мм делают треугольные вырезы, разрывающие стекающую жидкость и не допускающие ее стекания в одну сторону при перекосе насадки.

Нижнюю часть досок, которой расположены эти вырезы, часто срезают под углом, как показано на рис. 6.

Рис. 6 Деревянная хордовая насадка:

а - устройство насадки; б, в - схемы расположения решеток; 1 - рейки; 2 - доски; 3 - штыри; 4 - прокладки

Отдельные доски соединяют посредством штырей 3 или тяг с установкой прокладок 4 (см. рис. 6). Через каждые 10-12 досок устанавливают утолщенные рейки 1 толщиной 25 мм, выступающие на 10 мм ниже и выше остальных досок. Эти рейки служат для укладывания отдельных решеток насадки друг на друга, а нижней решетки - на поддерживающее устройство. В последнее время в США и некоторых других странах применяют хордовые насадки, изготовленные из графита, пластических масс и металла.

Кольцевая насадка. Насадочные тела представляют собой цилиндрические тонкостенные кольца, наружный диаметр которых обычно равен высоте кольца. Диаметр насадочных колец изменяется от 25 до 150 мм (кольца меньшего диаметра почти не находят применения в промышленной практике). Кольца малого диаметра (до 50 мм) загружают в абсорбер навалом (рис. 7,а). При диаметре больше 50 мм кольца укладывают правильными рядами; при этом во избежание провала жидкости кольца укладывают в шахматном порядке, т.е. кольца каждого ряда сдвинуты относительно колец смежного ряда (рис. 7,б).

Рис. 7 Насадка кольцами: а - внавал; б - в укладку

Насадочные кольца изготавливают чаще всего из керамики или фарфора, в некоторых случаях из углеграфитовых масс. Применяют также тонкостенные металлические кольца из стали или других металлов. Стальные кольца, изготовленные путем разрезания стандартных труб, имеют большую толщины стенки; такая насадка обладает значительным объемным весом. Перспективно применение колец из пластических масс.Кольца Рашига (рис. 8,а) представляют собой простые кольца без дополнительных устройств. Эти кольца наиболее дешевы и просты в изготовлении; они хорошо зарекомендовали себя на практике и являются самым употребительным видом насадок.

Находят применение, особенно в зарубежной практике, и некоторые другие виды кольцевых насадок. Для увеличения поверхности применяют показанные на рис. 8,б кольца с перегородкой (кольца Лессинга), кольца с крестообразной перегородкой (рис. 8,в) и спиральные кольца, имеющие внутри одну, две и три спирали. При регулярной укладке кольца с крестообразной перегородкой и спиральные применяют размером 75 мм и более. Эти кольца сложны в изготовлении, дороги и обладают малым свободным объемом. Испытания показали невысокую эффективность спиральных колец по сравнению с кольцами Рашига. В настоящее время данные кольца практически вышли из употребления.

Рис. 8 Насадочные тела:

а - кольца Рашига; б - кольца с перегородкой; в - кольца с крестообразной перегородкой; г - кольца Палля; седла Берли; е - седла “Инталокс”

Иногда для увеличения поверхности применяют наружное рифление поверхности колец. Исследования рифленых колец не показали их преимущество по сравнению с обычными; это можно объяснить тем, что жидкость течет в основном по желобкам между соседними рифлениями, и поверхность таких колец смачивается хуже, чем у обычных.В ФРГ предложены кольца с прободенными стенками (кольца Палля), показанные на рис. 8,г. Эти кольца предназначены в основном для засыпки внавал, и, по литературным данным, обладают меньшим гидравлическим сопротивлением и несколько большей эффективностью по сравнению с кольцами Рашига. Проведенные нами испытания колец Палля в основном подтвердили это, но указанные преимущества нельзя считать весьма существенными, если учесть большую стоимость и сложность изготовления колец Палля. В Росси и США эти кольца изготавливают из стали и пластических масс.

Седлообразная насадка. Эта насадка применяется для беспорядочной засыпки. На рис. 8,д показаны седла Берля, а на рис. 8,е седла "Инталокс". Поверхность первых представляет собой гиперболический параболоид, а вторых часть тора. Седла "Инталокс" проще в изготовлении. Седлообразная насадка при одинаковых размерах насадочных тел имеет по сравнению с кольцами Рашига примерно на 25% большую удельную поверхность и несколько больший свободный объем.По литературным данным, седлообразная насадка обладает меньшим гидравлическим сопротивлением и насколько большей эффективностью, чем кольца Рашига. Вероятно, седла Берля лучше смачиваются, чем кольца Рашига. Седла "Инталокс" по сравнению с седлами Берля обеспечивают большую беспорядочность насадки и не создают предпочтительных путей (каналов) для протекания жидкости. Кроме того, удельная поверхность и свободный объем у седел "Инталокс" выше, чем у седла Берля. Из двух видов седлообразной насадки предпочтение следует отдать, по-видимому, седлам "Инталокс", изготавливаемым и в СССР.

Блочная насадка.

Эта насадка используется в качестве регулярной и состоит из отдельных элементов большого размера (блоков). На рис. 9 показаны некоторые типы блочной керамической насадки, разработанной в СССР и США. Блоки по рис. 9,а и б должны иметь "ножки" с тем, чтобы между рядами насадки оставался зазор 10-20 мм; при этом гидравлическое сопротивление уменьшается, а коэффициент массопередачи повышается. Преимуществом блочной насадки перед другими регулярными насадками (в частности, кольцами в укладку) является значительное упрощение работ по укладке насадки в абсорбер, которые, особенно при очень крупной насадке (кольца размером 50-80 мм), весьма трудоемки. По своим качествам блочная насадка не уступает другим видам регулярных насадок. Хотя в настоящее время блочные насадки не имеют широкого промышленного применения, их следует считать перспективным видом насадок. При массовом изготовлении блочные насадки должны стоить дешевле колец Рашига.

желоб брызгалка ороситель насадка

Рис. 9 Блочные насадки:

а - щелевые блоки; б - решетчатые блоки; в - сотовые блоки

Кусковая насадка. Эта насадка применяется в виде кусков кокса или дробленого кварца размером 25-100 мм, засыпаемых беспорядочно. Достоинства кусковой насадки - дешевизна и стойкость к большинству агрессивных сред; недостатки - малые удельная поверхность и свободный объем, и значительное гидравлическое сопротивление. Кварц, кроме того, обладает большим объемным весом, а кокс легко крошится, что ведет к загрязнению орошающей жидкости и увеличению сопротивления. Эффективность кусковых насадок невелика. Сейчас они используются редко.

Специальные насадки. Испытана насадка из вертикальных проволочных спиралей диаметром 30 мм (диаметр проволоки 3 мм) и расстоянием между ними 50 мм. Орошение подается отдельно на каждую спираль. Насадка обладает большим свободным объемом (е=0,96) и малым сопротивлением.

Насадка полиэтиленовыми розетками Теллера изображена на рис. 10,а. При е=0,83 и а=250 м-1. Ообъемные коэффициенты массопередачи для этой насадки оказались на 23-72% выше, чем для колец седел размером 25 мм при более низком сопротивлении. Так, как полиэтилен не смачивается водой, и смоченная поверхность близка к нулю, высокие коэффициенты массопередачи объясняются абсорбцией жидкостью, находящейся в точках соприкосновения насадочных тел между собой, и стекающими струйками (у испытанной насадки число точек соприкосновения составляло 1,3*106 в м3, что в 2-3,5 раза превышает значение для седел и колец размером 25 мм).

Были предложены различные металлические сетчатые насадки, отличающиеся высокой эффективностью. Недостатками этих насадок являются легкая забиваемость и малые допустимые скорости газа. Последний недостаток устранен в насадке "Спрейпак", показанной на рис. 10,б. Насадка изготовляется из металлической полосы толщиной 0,5-1 мм нанесением в шахматном порядке прорезей и последующим растягиванием полосы в направлении, перпендикулярном прорезям; при этом прорези расширяются, и полоса принимает вид решетки. Решетка может быть выполнена также путем прессования на специальном прессе. Насадка собирается из изогнутых решетчатых элементов, соединяемых стержнями (см. рис. 10,б).

Рис. 10 Специальные насадки:

а - розетка Теллера; б - насадка - “Спрейпак”

Испытания насадки с шагом p-125-300 мм и высотой ячейки h=50-150 мм (при размере отверстий 3,2 мм, поперечном шаге между отверстиями 5,6 мм, ширине перемычки между отверстиями 1,6 мм и продольном шаге между отверстиями 10,3 мм) показали, что жидкость, независимо от способа ее подачи, хорошо смачивает всю поверхность насадки. Достоинство насадки "Спрейпак" - возможность работы с высокими скоростями газа (до 2,5-3,5 м/с) при умеренных гидравлических сопротивлениях (до 500-750 Па на 1 м высоты). Пока еще имеется слишком мало данных для оценки этой насадки.

Насадка из стеклянного волокна отличается очень высокой удельной поверхностью (около 1000 м-1) и большим свободным объемом (0,9-0,95), причем гидравлическое сопротивление ниже, чем у остальных насадок внавал. Эта насадка чувствительна к захлебыванию; при наступлении последнего насадка разрыхляется с образованием пустот, причем верхний слой насадки разрывается на короткие волокна. Другим недостатком насадки является легкая забиваемость.В табл. 1 приведена характеристика некоторых видов насадок.

Таблица 1 Характеристика насадок

2. Распределительные плиты и желоба. Схемы. Принцип действия

При течении по насадке, жидкость не сохраняет первоначального распределения. Однако для достижения хорошего распределения жидкости по всей высоте насадки орошение следует подавать на нее равномерно. Для равномерной подачи орошающей жидкости применяют различные распределительные устройства, которые можно подразделить на две группы:

1. устройства, подающие жидкость отдельными струями (струйчатые оросители); к этой группе относятся распределительные плиты, желоба, дырчатые трубы, брызгалки и оросители типа сегнерова колеса;

2. устройства, в которых подаваемая на насадку жидкость разбивается на капли (разбрызгивающие оросители) в результате удара струи о тарелку (тарельчатые оросители) или торец насадки (многоконусные оросители) или под действием центробежной силы (вращающиеся центробежные разбрызгиватели).

Основными требованиями к распределительным устройствам для насадочных колонн являются, помимо обеспечения равномерного распределения жидкости, подача ее в достаточном количестве точек и минимальный брызгоунос. Этим требованиям лучше всего удовлетворяют струйчатые ороситель, в частности, распределительные плиты и дырчатые трубы. Применение брызгалок и разбрызгивающих оросителей ведет обычно к заметному брызгоуносу, что вызывает необходимость установки брызгоуловителей.

Распределительные плиты применяют двух видов: с затопленными отверстиями и свободным сливом жидкости. Плита с затопленными отверстиями (рис. 11,а и б) представляет собой горизонтальную решетку 1, в которой закреплены патрубки 2; нижние концы патрубков опущены в насадку и доходят до ее торца. Диаметр и число патрубков выбирают так, что уровень жидкости устанавливается выше их верхнего обреза, и они заполнены текущей жидкостью. Газ отводится через патрубки 3, выступающие выше уровня жидкости (рис. 11,б). Иногда отвод газа располагают ниже плиты (рис. 11,а).

Рис. 11 Распределительные плиты:

а , б - с затопленными отверстиями; в - со свободным сливом; 1 - решетка; 2 - патрубки для жидкости; 3 - патрубки для газа

На рис. 11,в показана плита со свободным сливом жидкости. В этой конструкции патрубки имеют сравнительно большой диаметр (30-100 мм), причем газ и жидкость проходят через одни и те же патрубки. Желоба по принципу работы близки к распределительным плитам. В желобах с затопленными отверстиями (рис. 5,б) жидкость вытекает через укрепленные в дне трубы 5. В желобах со свободным сливом (рис. 12) жидкость стекает через прорези в боковых стенках.Дырчатые трубы выполняют в виде системы труб, укладываемых на насадку или подвешиваемых над ней. В нижней части трубы имеют отверстия диаметром 3-6 мм для выхода жидкости.

Рис. 12 Распределительные желоба со свободным сливом

Рис. 13 Брызгалки:

а - цилиндрическая; б - полушаровая; в - щелевая

Брызгалки представляют собой цилиндрический стакан (рис. 13,а) или чашу полушаровой формы (рис. 13,б), которые размещают в центре колонны на высоте 0,7-1 м (и более) над насадкой. Жидкость вытекает через отверстия диаметром 3-15 мм, просверленных в стенках брызгалки. Соответствующим размещением отверстий на поверхности брызгалки можно осуществить требуемое распределение струй по сечению колонны. Брызгалки - простое и дешевое

устройство, пригодное для орошения колонн большого диаметра (до 9 м). Недостатком брызгалок является засоряемость отверстий, особенно при малом их диаметре.

Щелевая брызгалка (рис. 13,в) имеет небольшое число прорезей (6-8) прямоугольной формы. Щелевые брызгалки создают сравнительно небольшой радиус орошения, и в колоннах больших диаметров устанавливают несколько таких брызгалок.

Ороситель типа сегнерова колеса (рис. 14) состоит из вращающейся дырчатой трубы 1 и подпятника 2. Вращение трубы происходит под действием реактивной силы, возникающей при истечении жидкости через отверстия (иногда применяют привод от электродвигателя).

Рис. 14 Ороситель типа сегнерова колеса:

1 - вращающая дырчатая труба; 2 - подпятник

Тарельчатый ороситель (розетка), показанный на рис. 15,а. Выполняют в виде тарелки, на которую падает струя жидкости, вытекающая из подводящей трубы. При ударе о тарелку струя раздробляется, и отраженные брызги разлетаются во все стороны.

Рис. 15 Разбрызгивающие оросители:

а - тарельчатый; б - многоконусный; 1 - конусы; 2, 3 - патрубки

В колоннах обычно устанавливают несколько разбрызгивателей так, чтобы орошаемые каждым из них площади перекрывали друг друга. Многоконусный ороситель (рис. 15,б) состоит из ряда расположенных друг над другом конусов 1, насаженных на патрубки 2. Жидкость поступает через патрубок 3 и проходит частично через кольцевую щель между данным патрубком и патрубком верхнего конуса; эта часть разбрызгивается с поверхности верхнего конуса. Остальная часть жидкости проходит по патрубку верхнего конуса и снова делится на две части: одна часть проходит через кольцевую щель между патрубками верхнего и второго (считая сверху) конуса и разбрызгивается с поверхности второго конуса, а часть проходит следующий патрубок и т.д. Конусы имеют все уменьшающиеся к низу диаметры и все возрастающие углы. Вследствие этого радиус орошения убывает от верхнего конуса к нижнему.

Вращающийся центробежный разбрызгиватель (рис. 16) представляет собой вращающееся на вертикальном валу колесо, с которого жидкость разбрызгивается под действием центробежной силы. Колесо имеет форму звездочки с крыльями разной длины. Благодаря этому жидкость, попадающая на колесо, разбрызгивается на разные расстояния, орошая весь торец насадки.

Рис. 16 Вращающийся центробежный разбрызгиватель:

а - звездочка; 2 - вал; 3 - направляющий конус для жидкости; 4 - крышка абсорбера.

Заключение

Очень важной проблемой для нормальной работы абсорбера является равномерное орошение насадки. Для эгой цели применяют специальные устройства - оросители , которые подразделяют на струйчатые и разбрызгивающие. К струйчатым оросителям относятся распределительные плиты, желоба, брызгалки, оросители типа сегнерова колеса и другие , а к разбрызгивающим-тарельчатые, вращающиеся центробежные и другие оросители . Следует, однако, помнить, что первоначальное распределение жидкости не сохраняется при дальнейшем ее течении по насадке . От способа подачи орошения существенно зависят такие явления в насадочных колоннах как брызгоунос и величина смоченной поверхности насадки. Унос жидкости с газом возникает в основном в результате воздействия газа на струи жидкости, вытекающей из оросителя. Особенно большой унос наблюдается при орошении разбрызгивающими оросителями, а также в случаях, когда жидкость вытекает из струйчатых оросителей на достаточно большом расстоянии над насадкой. Для снижения уноса над оросителем укладывают слой брызгоулавливающей насадки, устанавливают ловушки брызг на выходе газа из колонны и т.п.

Список литературы

1. Виноградов О.С., Виноградов С.Н., Таранцев К.В. Конструирование и расчет элементов колонных аппаратов: Учебное пособие. - Пенза: ПГУ, 2003

Размещено на Allbest.ru