книги из ГПНТБ / Стабников В.Н. Перегонка и ректификация спирта
.pdfп о |
Конструкция контактных устройств |
|
III
IV
VI
Рнс. 71. Типы насадок:
„/^ л к л ЬЦи/С^ ? Л ^ К^ ,,И' |
I V - шары: |
Рис. 72. Хордовая, или реечная, насадка. |
i |
Насадочные аппараты |
111 |
садочными лабораторными колоннами о кольцевой насадкой [1 0 ], показали, что колонны этого типа могут быть использованы как в качестве эпюрационных, так и в качестве ректификационных.
На основе полученных данных П. С. Цыганковым спроекти рован брагоректификационный аппарат, состоящий из четырех насадочных колонн: бражной, эпюрационной, ректификационной и окончательной. Аппарат имеет расчетную производительность 2 0 0 0 дкл безводного алкоголя в сутки.
В табл. 20 приводятся расчетные данные, характеризующие этот аппарат.
|
|
|
|
|
Т а б л и ц а |
20 |
|
Характеристика брагоректификационного аппарата |
|
||||||
с насадочными колоннами |
|
* |
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
э-а |
1 * |
3 |
Наименование колонн |
Виды и характеристика насадки |
2 х „ |
О —5 |
° о ^ |
|||
2 ^ а; |
|||||||
|
|
|
|
|
и ез |
га 5 0 |
ra in |
Бражная |
Реечная. Удельная поверх- |
800 |
7000 |
8400 |
|||
|
ность 70,3 |
м 2/м2. Живое |
|
|
|
||
|
сечение 75%. Кольцевая |
|
|
|
|||
|
2 5 x 2 5 x 3 (1/10 общей вы- |
|
|
|
|||
|
соты слоя |
насадки). |
|
|
|
||
|
Удельная |
|
поверхность |
|
|
|
|
|
200 м-/м2. |
Живое |
сече |
|
|
|
|
|
ние 74и |
|
|
|
|
|
|
Эпюрационная: |
|
|
|
|
|
|
|
концентрационная часть |
Кольцевая |
15x15x2 |
мм. |
666 |
2750 |
|
|
|
Удельная |
|
поверхность |
|
|
|
|
|
300 мг1м\ |
|
Живое |
сече- |
|
|
6150 |
|
ние 70% |
|
|
|
|
|
|
выварная часть |
То же |
|
|
|
666 |
2750 |
|
Ректификационная: |
|
|
|
|
|
|
|
концентрационная часть |
То же |
|
|
|
743 |
9500 |
11900 |
выварная часть |
То же |
|
|
|
743 |
1000 |
|
|
|
|
|
||||
Окончательная: |
|
|
|
|
|
|
|
концентрационная часть |
То же |
|
|
|
491 |
1300 |
3975 |
выварная часть |
То же |
|
|
|
491 |
1700 |
|
|
|
|
|
||||
Сопоставление спроектированных насадочных брагоректифи кационных аппаратов с тарельчатыми показало, что при замене тарельчатых аппаратов насадочными имеется возможность сэко номить металл, заменив цветные металлы черными с покрыти ем эмалью. Полученные данные нуждаются в производственной проверке.
112 |
Конструкции контактных устройств |
§ 5. ТРУБЧАТЫЕ КОЛОННЫ
Этот тип аппаратов пока не получил применения в спирто вой промышленности. Однако простота устройства этого типа аппаратов, малая потеря напора в нем и высокая эффективность вызывают к нему интерес. Принцип устройства этих колонн, работающих в режиме укрепления, показан на рис. 73.
Как это видно из рисунка, трубча тая колонна состоит из труб, устанав ливаемых в верти,кальном цилиндри ческом кожухе.
Верхняя часть труб образует деф легматор, охлаждаемый водой, посту пающей в межтрубное пространство. Флегма стекает по трубам вниз. Пар, поступающий из куба, контактирует на поверхности пленки со стекающей жидкостью.
Трубки, устанавливаемые в аппа ратах, имеют диаметр 8 — 2 0 мм и об разуют весьма развитую поверхность контакта, тем более эффективную, чем 'Меньше диаметр труб.
Возможность применения трубча тых колонн в спиртовой промышлен ности (была исследована в лаборато рии процессов и аппаратов КТИППа [12, 13, 14] доц. А. П. Николаевым. Ис следование показало, что трубчатые колонны могут быть использованы в качестве укрепляющей части брагопе регонных аппаратов, в альдегидных
колоннах, в ректификационных колоннах периодического и не прерывного действия.
Следует заметить, что при работе трубчатых колонн в качест ве истощающих колонн возникают трудности в отношении рав номерности распределения жидкой фазы по трубам аппа рата.
Доц. А. П. Николаевым [13] предложена оригинальная си стема распределения, показанная на рис. 74 и 75.
Над трубной плитой колонны устанавливается специальная распределительная решетка с патрубками. Каждый из них рас положен над одной из труб и оканчивается раструбом. Патруб ки в верхней части имеют прорези шириной около 8 мм.
Трубчатые колонны |
113 |
Жидкость поступает через верхний ряд патрубков, имея не одинаковый напор в различных точках сечения колонны. Одна ко описанное устройство приво дит к сглаживанию неравномер ности в подаче жидкости в тру
бы.
Флегма |
Установкой нескольких |
рас |
|
|
пределительных решеток удается |
||
|
устранить неравномерность в пи |
||
|
тании труб жидкостью и дости |
||
|
гается одинаковая |
плотность |
их |
|
орошения. |
|
|
|
А. |П. Николаев показал, что |
||
|
для повышения |
эффективности |
|
|
трубчатых колонн |
целесообразно |
|
Рис. 74. Схема трубчатого |
Рис. 75. Оросительное устройство |
перегонного аппарата. |
трубчатой колонны. |
вставить в трубы ленточные спирали, способствующие турбулизации парового потока (рис. 76). При этом спирали должны выбираться такого диаметра, чтобы они не препятствовали сто ку пленки жидкости в трубах. Разделительная способность труб при этом возрастает в 2 —3 раза.
Спроектированная А. П. Николаевым колонна для спиртовой части одноколонного брагоперегонного аппарата производитель ностью 2 0 0 0 дкл в сутки при диаметре труб 1 2 мм со спиральны ми вставками в 3,6 раза ниже, чем колонна с ситчатыми тарел ками, и в 1,9 раза легче ее.
Укрепляющая часть трубчатой альдегидной колонны трех колонного брагоректификационного аппарата косвенного дейст вия производительностью 2000 дкл в сутки в 1,5 раза ниже та рельчатой, в 2 , 2 раза легче ее и в 2 раза меньше по диа метру.
8 Заказ 307
114 |
Конструкции контактных устройств |
Таким образом, трубчатые колонны являются в некотором отношении перспективными для спиртовой промышленности и нуждаются в производственной проверке. Следует отметить, что потеря иапора в этих колоннах минимальна. Если в тарель чатой колонне ректификационного аппара та потеря напора составляет 1,5—2 м вод.
ст., то в трубчатой колонне потеря состав ляет величину порядка 1 0 0 — 2 0 0 мм вод. ст.
Это делает трубчатые колонны особен но ценными при работе под вакуумом.
§ 6. ИНЖЕКЦИОННЫЕ АППАРАТЫ
Стремление интенсифицировать массообмен привело к конструированию аппара тов, в которых движение паров достигает весьма значительных скоростей (20—25 м/сек) и обеспечивает высокую турбулент ность.
Разумеется, при этой скорости невоз можно соблюсти противоток пара в жид кости, так как жидкость будет увлекаться, инжектироваться паром, движущимся с та кой большой скоростью. Следует заметить, что в описанных выше аппаратах скорость пара в свободном сечении колонны ие пре восходит 3—4 м/сек.
.Поэтому в аппаратах инжекционного типа пар и жидкость движутся параллель но, причем пар инжектирует жидкость, одновременно приходя
с нею в теснейший контакт, обеспечивающий интенсивную массопередачу. Одним из успешно работающих в Советском Союзе инжекционньгх аппаратов является 'аппарат, разработанный группой авторов во главе с Ф. К. Крюченко [15].
Принципиальная схема этого аппарата приведена на рис. 77. На схеме изображены три секции этого аппарата, каждая изкоторых соответствует одной тарелке тарелочного аппарата.
Каждая из секций включает контактно-иижекционное устрой ство 1 и сепаратор 2. В контактно-инжекционном устройстве / происходит контакт флегмы и пара.При большой скорости пара (20—25 м/сек) он образует с флегмой парожидкостную смесь, которая при значительной скорости входит в сепаратор 2. При этом жидкая фаза в сепараторе выделяется и по соответствую щим трубам отводится в следующую секцию. Пар же, выдели© жидкость, поступает в следующее контактное устройство.
Инжекционные аппараты |
115. |
Флегма из сепаратора секции п+ il (.рис. 77) поступает |
в |
контактное устройство секции п; пар в это 'контактное устройст во поступает из секции п—>1. Таким образом, хотя пар инжек тирует жидкость при параллельном движении их, в целом в ап парате Крюченко осуществляется противоток. Скорости пара, достигаемые в этом аппарате, очень велики. В распределителе контактного устройства они достигают 35—40 м/сек, в контакт
ной трубе 15—20 м/сек. |
Как показывает опыт эксплуатации ап- |
|
Сенция п-1 |
Секция’ п |
Секция n-t |
Рис. 77. Принципиальная схема аппарата Крюченко.
паратов в промышленности синтетического каучука, при укреп лении спирта 2 0 секций дают такой же эффект укрепления, как 40—50 колпачковых тарелок. Отмечается также некоторое уменьшение расхода пара по сравнению с колпачковыми та релками, по-видимому, вследствие уменьшения флегмового числа.
Аппарат этой системы располагается в одном этаже. Он от личается высокой производительностью. Недостаток его — боль шое количество труб, запорной арматуры и соединений.
Аппарат Крюченко был исследован работниками гидролиз ной промышленности в применении для 'истощения бражки, а также для получения спирта-сырца. Опыты дали положитель ные результаты и показали, что он может быть использован для указ энных целей.
На основании проведенных испытаний работники гидролиз- • ной промышленности разработали проект • вертикального .рек тификационного аппарата с инжекционным устройством (рис. 78). В этом аппарате инжектируемый пар, вырываясь че рез сопла, увлекает флегму в контактную трубу, где паро жидкостная смесь, двигаясь по трубе малого сечения, имеет
8*
116 |
•Конструкции контактных устройств |
весьма большую скорость. Парожидкостная смесь поступает в сепаратор, в качестве которого служит весь объем, заключен ный между двумя смежными глухими тарелками. Отделившая
ся в сепараторе жидкость поступает в сливную трубу и из нее — в контактное устройство нижележащей тарелки.
Такое устройство позволяет использовать царги тарелочных колонн для переделки этих колонн в инжекционные. [22]. Анало гичные инжекционные колонны предложены Ю. В. Поплавским [16]. Во Франции колонны, основанные на том же принципе, по лучили наименование «колонны ударного распыления».
В этом аппарате, так же как и в аппаратах Крюченко и ВНИИГСа, поток пара и жидкости в месте контакта паралле лен и происходит инжектирование жидкости паром с последую щим сепарированием жидкости. Устройство колонны этого ти
Инжекционные аппараты |
117 |
па показано «а рис. 79. Более .детально принцип действия ко лонны продемонстрирован на рис. 80.
Как это видно из рис. 80, колонна состоит из ряда дефлекто ров и сливных устройств. Последние расположены попеременно на противоположных сторонах колонны, образуя карманы, в
которых скапливается жидкость. Дефлекторы — тела |
своеобраз |
|
ной формы, одним концом погруженные в жидкость, |
заполняю- |
|
\ |
щую карманы. |
|
|
|
Рис. 80. |
Колонна «ударного |
|
|
|
|
распыления»: |
|
|
|
1—порог |
водослива; 2—контактная камера; |
|
Рис. |
79. Устройство колон |
3—стенка контактной камеры; 4—гидравли |
||
ческий |
затвор; |
5—сливное устройство; |
||
ны |
«ударного распыления». |
|
6—отражатель. |
|
Пар, поднимающийся в колонне, проходит в суженном про ходе между дефлегматорами, увлекает жидкость, инжектируя ее из кармаиов. При последующем движении парожидкостная смесь ударяется о стенку корпуса колонны и Обтекает дефлек тор. При этом происходит выделение жидкой фазы, поступаю щей в карман. Затем процесс повторяется. Скорость пара в колоннах ударного распыления, по-видимому, составляет около 1 0 м/сек, спитая на .свободное сечение колонны, что позволит
при одинаковой производительности с тарелочными уменьшить их диаметр в 1,5—2 раза.
Количество дефлекторов соответствует количеству тарелок в тарелочных колоннах. Сообщают, что в аппаратах этого типа не наблюдается вспенивания.
Аппараты инжекциоиного типа, за исключением аппаратов
118 |
Конструкции контактных устройств |
Крюченко, не были испытаны в Союзе в производственных ус ловиях, и их показатели нуждаются в проверке. В ближайшее время аппарат типа «ударное распыление» будет установлен на одном из заводов Союза.
§ 7. АППАРАТЫ С ПОДВИЖНОЙ ПОВЕРХНОСТЬЮ КОНТАКТА
Все описанные выше аппараты лишены подвижных элемен тов. Это делает их простыми в устройстве и эксплуатации. Од нако стремление увеличить разделительную способность аппа ратов давно уже привело к конструкциям с подвижными эле ментами, способствующими наилучшему контактированию фаз.
Особенно заметно эта тенденция проявилась в последние годы, когда появилась необходимость разделения смесей, компо ненты которых имеют весьма близкие температуры кипения. Аппараты этого типа можно разделить на две группы [17]: с вер тикальным и с горизонтальным валом.
Аппараты с вертикальным валом
Известно несколько видов этого типа аппаратов:
а) с вращающимся ротором, образующим с корпусом аппа рата кольцевой зазор;
Рис. 81. Контактное устройство с вращающим ся ротором.
Аппараты с подвижной поверхностью контакта |
119 |
б) состоящие из ряда чередующихся подвижных и непод вижных конусов;
в) с вращающимися роторами, разбрызпи1вающими флегму. На рис. 81 изображено контактное устройство первого рода.
Жидкость, подаваемая сверху, под воздействием ротора распре деляется по внутренней поверхности конуса в виде тонкой
пленки. |
Скорость вращения ротора до 4000 об/мин. Величина |
зазора |
не велика и измеряется несколькими миллиметрами |
(1 —2 ) |
[48]. |
(рлегма
Рис. 82. Схема ротацион |
Рис. 83. Роторный аппарат конструкции |
ного аппарата с вертикаль |
В. С. Николаева. |
ной осью. |
|
Эффективность такого рода колонны увеличивается при вра щении внешнего и внутреннего цилиндров в противоположные стороны. При этом турбулизания потоков усиливается. Эффек тивность колонны составляет около 24 теоретических тарелок на 4 м высоты. Скорость пара в зазорах между цилиндрами составляет около 1 м/сек. Отсюда ясно, что производитель ность такого аппарата не может быть большой, чем и опреде ляется преимущественное применение их в лабораторной тех нике.