Гидравлические условия работы насадочных колонн

ВВЕДЕНИЕ

Насадочные колонны применяются в основном для мало­тоннажных производств, где они имеют безусловные преимущества перед тарельчатыми колоннами. Благодаря созданию в последние годы новых ти­пов насадок, позволяющих значительно снизить задержку жидкости в кон­тактной зоне и гидравлическое сопротивление аппарата, создались пер­спективы применения их для многотоннажных производств (вакуумная ректификация мазута, газоразделение и др.). Применение насадок приоб­ретает особое значение для вакуумных процессов, для которых низкое ги­дравлическое сопротивление при достаточно эффективном контакте взаи­модействующих фаз является одним из важных условий проведения про­цесса.

Гидравлические условия работы насадочных колонн

В насадочной колонне потоки пара (газа) и жидкости взаимодействуют в противотоке. В зависимости от нагрузок колонны по пару (газу) G и жидкости I изменяется характер взаимодействия фаз, проявляющийся в различных гидродинамических режимах.

При малых нагрузках потоков взаимодействие между фазами незначительно. Жидкость смачивает поверхность насадочных элементов, а сопротивление насадки потоку пропорционально сопротивлению сухой насадки. Это так называемый пленочный режим.

При дальнейшем увеличении скоростей потоков контактирующих фаз возрастает трение между ними, происходит торможение потока жидкости и в связи с этим увеличивается количество жидкости Н₀, удерживаемой в насадке. Этот режим характеризуется как начало подвисания жидкости и принимается в качестве нижнего предела устойчивой работы колонны. При больших жидкостных нагрузках этот режим выявляется не всегда четко. Сопротивление насадки в режиме подвисания пропорционально скорости пара в степени 3 — 4. Интенсивность массопередачи в этом режиме сильно

возрастает.

Дальнейшее увеличение скоростей взаимодействующих фаз приводит к еще большему увеличению сопротивления насадки и количества удерживаемой жидкости в объеме, занятом насадкой. При определенных величинах паровой и жидкостной нагрузок происходит резкое увеличение количества удерживаемой насадкой жидкости и рост гидравлического сопротивления слоя насадки. Этот режим называется захлебыванием колонны и считается верхним пределом ее устойчивой работы. Количество удерживаемой насадкой жидкости зависит от удельной поверхности насадки f, доли свободного объема ε, скоростей движения взаимодействующих фаз. Полную задержку жидкости Н₀ рассматривают как сумму двух составляющих: статической задержки Н_C и динамической H_Д. Статическая составляющая Н_С

определяет объем жидкости, удерживаемый насадкой за счет капиллярных

сил, и не зависит от гидродинамических условий. Динамическая составляющая задержки Н_Д обусловлена гидродинамическим взаимодействием потоков пара и жидкости с насадочными телами.

Режим захлебывания характеризуется значительным количеством жидкости, удерживаемой на насадке, при этом сильно возрастает поверхность

контакта фаз и интенсифицируется процесс массообмена. Однако при

этом резко возрастает сопротивление движению потока паров. Поэтому

для обеспечения эффективного массообмена при относительно небольшом

гидравлическом сопротивлении желательно, чтобы гидродинамический ре-

жим работы колонны был возможно ближе к режиму захлебывания, но не

достигал его, т. е. рабочая скорость пара в колонне W должна быть меньше, чем скорость захлебывания W_захл. Обычно принимают, что эти скорости связаны соотношением

W = (0,75*0,85) W_захл (1)

Насадка занимает только часть объема колонны, поэтому скорость

движения пара (газа) в каналах между элементами насадки выше, чем скорость, отнесенная к свободному сечению аппарата. Скорость движения паров в сухой насадке составляет

W₀ = W/ε (2)

Действительная скорость пара при работе колонны будет несколько

выше скорости W₀, так как в этом случае часть свободного объема насадки занята стекающей по ней жидкостью.

При определении рабочей скорости пара в насадочной колонне не-

обходимо учитывать конструкцию и геометрические характеристики на-

садки.

Поиск по сайту: