ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Описание работы переливных тарелок из "Ректификационные и абсорбционные аппараты" Для оценки возможности эффективной работы колонны при различных нагрузках по пару и жидкости используют обычно график области устойчивой работы тарелок, построенный в координатах скорость пара — расход жидкости. Типичный пример такого графика для переливных тарелок приведен на рис. 111-1. [c.110] Устойчивая работа переливной тарелки, как и всякого контактного устройства, в первую очередь определяется высокой эффективностью разделения. Поскольку эффективность массообмена в значительной степени зависит от гидродинамических условий на тарелке, устойчивая работа тарелки соответствует таким нагрузкам, при которых пар равномерно проходит через все сечение тарелки, а жидкость сливается через переливное устройство. [c.110] Неустойчивая работа тарелки характеризуется либо неравномерным проходом пара по сечению тарелки, либо нарушением нормального перетока жидкости с тарелки на тарелку. [c.110] При чрезмерно больших нагрузках по пару, превышающих максимально допустимые величины, жидкость интенсивно накапливается на тарелке и переток ее затрудняется вследствие заполнения всего переливного устройства вспененной жидкостью. При небольших нагрузках по пару, приближающихся к минимально допустимым величинам, значительная часть жидкости свободно перетекает через контактные устройства на нижележащую тарелку. [c.110] При увеличении расхода жидкости максимально допустимые нагрузки по пару для тарелок всех типов уменьшаются. Для минимально допустимых нагрузок эта зависимость оказывается сложнее и проявляется по-разному в зависимости от типа тарелок. Минимально допустимые нагрузки могут уменьшаться (как это показано на рис. П1-1), увеличиваться или оставаться практически неизменными при увеличении расхода жидкости. Единственной линией, резко ограничивающей область устойчивой работы тарелки, является линия максимально допустимых нагрузок, определяемая захлебыванием. Другие режимы не имеют такой резкой границы с областью устойчивой работы тарелки, поэтому остальные линир являются до некоторой степени условными. [c.110] Рассмотрим работу различных тарелок и особенности основных режимов при взаимодействии пара и жидкости на тарелке. [c.111] Режимы работы приведенных тарелок характеризуются следующими особенностями структуры паро-жидкостного слоя. [c.111] В области устойчивой работы все пространство между тарелками можно разбить на зону вспененной жидкости, где в основно.м происходит массообмен, зону интенсивных выбросов жидкости и крупных капель и зону мелких витающих капель. В зоне мелких витающих капель от пара отделяются обычно крупные и даже достаточно мелкие капли жидкости поэтому такую зону принято называть также сепарационным пространством. При высоких нагрузках по пару выбрасываемые массы жидкости размывают верхнюю границу вспененного слоя жидкости. Характерно, что эта граница выражена тем ярче, чем больше рабочее давление в колонне. Следовательно, в колоннах, работающих под повышенным давлением, практически не существует зоны выброса больших масс жидкости. [c.111] Захлебывание указанных тарелок возникает вследствие повышения уровня жидкости в сливном устройстве до верхней кромки сливной планки вышележащей тарелки, что приводит к накоплению ее на тарелке и, следовательно, к резкому повышению давления в колонне. Захлебывание колонны происходит тем резче, чем больше расход жидкости на единицу длины сливной планки, так как стекающая с тарелки жидкость захватывает пары и создает вспененный слой жидкости в сливном устройстве. Вспененный слой жидкости как при захлебывании, так н при наличии чрезмерного уноса жидкости характеризуется интенсивным и пульсационным перемешиванием жидкости в горизонтальной плоскости, ухудшающим эффективность разделения. [c.112] Работа струйных тарелок, включая также тарелки с отбойниками, существенно отличается от работы тарелок других типов. На струйную тарелку (рис. 111-2,6) жидкость поступает через переливное устройство, равномерно распределяется по всей ее ширине и перетекает в направлении слива. Отогнутые элементы отклоняют пары, поступающие на тарелку, от вертикального направления в сторону слива и ускоряют движение жидкости по тарелке. [c.113] При малых и умеренных нагрузках по жидкости и оптимальных условиях работы вся жидкость находится над тарелкой и движется вместе с газом. При этом максимальной высоты жидкость достигает над тарелкой у перелива, а сливается в переливное устройство главным образом по стенке колонны. Контакт пара и жидкости осуществляется в разреженном паро-жидкостном слое, состоящем из струй пара и жидкости. При больших расходах жидкость движется только по тарелке и сливается в переливное устройство так же, как и на колпачковой тарелке. Следовательно, в отличие от описанных выше типов тарелок на струйных тарелках пар движется над плоскостью тарелки к сливу, резко меняя направление при переходе от тарелки к тарелке. [c.113] Струйные тарелки с отбойниками (рис. П1-2, в) при оптимальных нагрузках работают следующим образом. Жидкость, поступающая на тарелку, подхватывается идущими снизу парами и направляется на отбойные элементы, поскольку пар, проходящий через просечку основания, отклоняется от вертикали в сторону слива. Жидкость перетекает через просечки отбойника на его внешнюю сторону и направляется вниз к основанию, а пар уходит на верхнюю тарелку. Далее жидкость подхватывается паром и направляется на следующий отбойник и т. д., пока она не попадает в зону над переливом, где, ударяясь о стенку колонны, стекает вниз. При такой работе зона контакта паров и жидкости находится в разреженном прямоточном слое струй пара и жидкости. Следовательно, отбойные элементы фактически выполняют роль тарелки, т. е. устройства, на котором удерживается жидкость, а основание является направляющей для потока паров. [c.113] Можно отметить следующие особенности режима работы струйных тарелок, включая тарелки с отбойниками. Область повышенного уноса жидкости на этих тарелках практически отсутствует и предельные нагрузки определяются главным образом захлебыванием, которое в данном случае характеризуется нарушением прямоточного движения пара и жидкости в результате образования зоны уплотненного потока над переливом (струйная тарелка) или около отбойников (струйная тарелка с отбойниками). Нарушение прямотока приводит, в свою очередь, к резкому накоплению жидкости на тарелке и, следовательно, к резкому повышению давления в колонне. [c.113] Существенное влияние на эффективность массопередачи при взаимодействии пара и жидкости на контактных устройствах оказывают режимы движения потоков или их структуры. [c.114] При равномерном распределении потоков по сечению тарелки и одинаковых скоростях всех частиц пара и жидкости структуры потоков соответствуют режиму идеального вытеснения или порщне-вого движения. В этом случае эффективность массопередачи достигает максимального значения при прочих равных условиях разделения. Вследствие продольной и поперечной неравномерности распределения скоростей потоков по сечению тарелки и беспорядочной флуктуации частиц потоков, структуры жидкости и пара отвечают вполне определенной степени продольного и поперечного перемешивания, снижающей общую эффективность массопередачи контактного устройства. [c.114] При весьма интенсивном перемешивании жидкости может произойти полное выравнивание концентраций распределенного компонента на контактном устройстве — в этом случае структуры потоков соответствуют полному перемешиванию. [c.114] В реальных условиях взаимодействия потоков пара и жидкости на контактных устройствах промышленных размеров могут возникнуть более сложные структуры потоков, характеризующиеся не только заданной степенью продольного и поперечного перемешивания, но и наличием застойных и циркуляционных зон, байпасных потоков, продольной и поперечной неравномерности распределения потоков и прочими видами неравномерности, снижающими общую эффективность массопередачи на контактном устройстве. В связи с этим следует отметить, что общая эффективность массопередачи может быть даже ниже, чем при полном перемешивании потоков. [c.114] При устойчивой и равномерной работе тарелок промышленных размеров с чисто перекрестным током фаз, таких, как колпачковые, клапанные и ситчатые, жидкость сравнительно мало перемешивается по длине тарелки и достаточно интенсивно перемешивается по высоте вспененного слоя. При правильной организации движения потоков пара и жидкости по тарелке. структуры потоков в области устойчивой работы тарелки обычно характеризуются сравнительно небольшой поперечной неравномерностью, небольшим количеством застойных зон и байпасных потоков. Однако при чрезмерно больших нагрузках по жидкости и при отсутствии необходимых конструктивных решений структуры потоков могут сильно отличаться от идеальных и характеризоваться значительной неравномерностью. Этот факт не следует забывать при расчете и проектировании контактного устройства, поскольку наличие указанных структур может сильно уменьшить общую эффективность массопередачи и привести в итоге к потере заданной разделительной способности аппарата в целом. [c.114] В пределах области устойчивой работы большинства переливных тарелок характер изменения их эффективности в процессах абсорбции сушественно зависит от растворимости газа в жидкости [62]. Для хорошо растворимых газов, когда основное сопротивление массообмену определяется сопротивлением газовой фазы, с увеличением расхода газа эффективность тарелки непрерывно повышается и, следовательно, оптимальный режим работы подобных аппаратов соответствует максимально допустимой скорости газа. Для плохо растворимых газов, когда основное сопротивление массообмену определяется сопротивлением жидкой фазы, кривая зависимости эффективности тарелок от скорости газа, в пределах области устойчивой работы имеет максимум и минимум, которые отвечают различным гидродинамическим режимам движения жидкости и газа на тарелке. Подобная картина изменения эффективности тарелок в случае плохо растворимых газов характерна не только для переливных тарелок, но и для многих других контактных устройств (см. гл. IV и У). В тарельчатом аппарате кривая изменения общей эффективности извлечения компонентов, очевидно, не будет иметь таких резких колебаний, и поэтому оптимальный режим работы колонны будет определяться также максимально допустимыми нагрузками.по газу. [c.115] Степень растворимости газа в жидкости можно оценивать в первом приближении по величине константы Генри Я, ат-см 1кмоль. При Я 3 можно считать, что газ хорошо растворим в жидкости, при Я 3000 — плохо растворим в жидкости [180]. [c.115] Вернуться к основной статье