Также рекомендуем посетить:

Массообмен в тарельчатых колонных аппаратах

Украина - Киев

Для тарельчатых колонных аппаратов увеличение движущей силы процесса массообмена скрыты в организации движения фаз в колонне.

Известно, что эффективность процесса ректификации зависит от структуры потоков на тарелках. Наиболее эффективное разделение компонентов достигается при идеальном вытеснении по жидкости и пару и однонаправленном движении жидкости на смежных ступенях контакта. Льюисом было показано, что в таких условиях эффективность тарелки по Мерфри может значительно превышать локальную эффективность, и достигать значений 200 – 300%. При этом, локальная эффективность (условия равновесия между паром и жидкостью) не превышает 100%.

Однако, в реальных условиях, по известным причинам достигнуть идеального вытеснения не представляется возможным.

Кроме общепризнанного, существует и так называемый циклический режим массообмена, предложенный Д Кенноном в 60-х годах. В этом режиме контактирующие среды движутся по колонне в противофазе (раздельное движение фаз, РДФ).

Рядом авторов были определены условия максимальной эффективности процесса:

Отсутствие перетекания жидкости по тарелкам в период подачи пара;

Отсутствие перемешивания жидкости на смежных тарелках в период

перетекания жидкости;

Максимально высокая локальная эффективность контакта.

Опираясь на имеющиеся разработки, мы создали формализованную математическую модель процесса. Наши теоретические исследования показали, что режим РДФ аналогичен стационарному при однонаправленном движении жидкости на смежных ступенях контакта и идеальном вытеснении по жидкости и пару. Получены явные функции, характеризующие изменения концентрации легколетучего компонента в контактирующих средах. Изобразив последние в координатах Y –X пришли к заключению о возможности существования теоретической тарелки идеального вытеснения. Предложена теория рабочих линий процесса (линии распределения концентраций в паре и жидкости по тарелкам колонны). Даже для эквимолярного массообмена, рабочие линии обладает выпуклостью, обратной выпуклости линии равновесия. При этом, существующая рабочая линия L / G является частным случаем гидродинамических условий режима РДФ. Получены зависимости эффективности тарелки от локальной эффективности, фактора диффузионного потенциала и гидродинамических условий перетекания жидкости по тарелкам.

Режим РДФ - временное разделение компонентов (во времени на ступени контакта), а стационарный – пространственное (вдоль пути движения жидкости по ступени контакта). Однако только РДФ в реальных условиях может обеспечить идеальное вытеснение по жидкости и пару.

Теоретические выводы об увеличении эффективности режима РДФ были подтверждены в промышленных условиях. В качестве тарелок использовались разработанные нами контактные устройства, обеспечивающие вышеупомянутую максимальную эффективность процесса.

Предлагаемый режим обладает некоторыми особенностями, выгодно выделяющими его в сравнении со стационарным: Эффективность разделения не зависит от диаметра колонны. Увеличение нагрузки по жидкости не приводит к увеличению гидравлического сопротивления колонны. Наблюдается эффект вторичного самоиспарения жидкости. Увеличивается газосодержание барботажного слоя. Расширяется диапазон рабочих нагрузок по пару и жидкости. Нивелируется явление захлебывания колонны. Мгновенный (3-4 сек.) перелив жидкости по всей площади тарелки. Значительно уменьшается время пребывания жидкости в колонне. Кроме того, РДФ имеет больше степеней свободы при управлении процессом.

Реализация режима в промышленных масштабах позволит получить экономический эффект по следующим статьям: Экономия капитальных затрат. Экономия текущих энергетических затрат. Улучшение качества продукции. Увеличение выхода продукции.

Первой промышленной колонной, работающей в режиме РДФ уже более 24000 часов, является колонна разгонки головной фракции. Выбор типа колонны обусловлен ее вспомогательным характером и незначительным диаметром.

Были показаны следующие результаты. Для производительности завода 2000 дал/сутки диаметр колонны составлял 400 мм при пятнадцати тарелках.

Колонна брала на себя нагрузку 15-20 % производительности завода. Крепость кубовой жидкости 15 - 20 %об. Качество кубовой жидкости по примесям головного характера, метанолу, некоторым верхним промежуточным примесям превышали качество эпюрата. Расход пара составлял около 75- 80 кг/час, или

5 кг/дал введенного спирта. Удельные затраты пара на дополнительный выход спирта составили 11 кг/дал, дополнительный удельный расход пара в целом по заводу на дал – 1 кг/дал. Выход концентрата головной фракции - 0,4- 0,6 %

от производительности. Пределы возможности колонны так и не были определены.

Экспериментальные исследования бражной колонны в промышленных условиях проводились на пилотной установке диаметром 325 мм, имеющей

10 тарелок. Техническая характеристика бражной колонны РДФ будет следующая. Количество тарелок - 12-15 шт; Объемная жидкостная нагрузка

15-20 м3/м2час; Удельный расход пара - 12-14 кг/дал. Крепость бражного дистиллята 60-70% об., без укрепления. Время пребывания жидкости в колонне около 4-5 мин.

Для спиртовой колонны с количеством тарелок 25 шт расход пара составит 10-12 кг/дал.

Для эпюрационной колонны на 15 тарелках и при расходе

пара 5-6 кг/дал провести абсолютную эпюрацию бражного дистиллята, а на колонне окончательной очистки, при 15 тарелках ,и расходе пара 3-4 кг/дал получить безметанольный спирт, с оранолептическими показателями качества значительно превосходящими нынешние.

Проведены опыты по определению эффективности тарелки при бесконечной флегме. Так, для разделения спиртоводной смеси от концентраций спирта блиском к азеотропной точке, до концентрацій близьких к нулю требуется 7-10 реальных тарелок РДФ.

Кроме того, металлоемкость колонн РДФ в несколько раз ниже, чем у существующих, за счет уменьшения количества тарелок в два – четыре раза, а также увеличения жидкостной нагрузки на тарелку для всех видов колонн до

15-20 м3/м2час.

Автор: Владимир Малета

.