Материал: массооб колонн

Медноникелевые сплавы применяются в химической технике в качестве конструкционных материалов, работающих в агрессивных средах. Основными медноникелевыми сплавами этой группы являются:

монель-металл (НМЖМц28-2,5-1,5) и хастеллой (Н70МФВ-ВИ, ХН58В, ХН65МВУ), использующиеся для изготовления элементов химической аппаратуры, работающей в средах – сильных восстановителях;

мельхиор (МНЖМц30-1), нейзильбер (МНЦ15-20), применяющиеся для изготовления химической аппаратуры, работающей с сильными минеральными кислотами, щелочами, растворами, содержащими ионы хлора.

2.5. Титан и сплавы на его основе

Чистый титан марок ВТ1-00 и ВТ и титановые сплавы, обрабатываемые давлением, марок ОТ4-0, ОТ4-1, ОТ4 (легированы Мn и Al), ВТ5, ВТ14, ВТ20 (легированы Al, V, Сr, Mo, Zr, Fe), ПТ-7М, ПТ-ЗВ (легированы Al, V, Zr) соответствуют по химическому составу ГОСТ 19807 и используются для изготовления ответственных элементов оборудования, работающих в окислительных средах.

Титан и его сплавы при умеренных температурах превосходят по коррозионной стойкости большинство легированных сталей. Коррозионная стойкость этих конструкционных материалов обусловлена образованием весьма прочной и плотной оксидной пленки TiO2, надежно защищающей эти материалы от взаимодействия с окружающей коррозионной средой.

Технический титан и его сплавы обладают и другими ценными технологическими и физико-механическими свойствами: сохраняют работоспособность при нагреве до температур 550...600 °С. Механическая прочность титана и его сплавов соизмерима с прочностью конструкционных сталей при существенно меньшей плотности. Для этих материалов характерна хорошая или удовлетворительная свариваемость, подверженность большинству известных видов обработки давлением, особенно в горячем состоянии. Недостатками титана и его сплавов следует считать низкую теплопроводность, малый модуль упругости, трудность обработки резанием и получения фасонных отливок. Из титана и его сплавов изготавливают фильтры, автоклавы, емкостные аппараты, детали насосов, компрессоров и центрифуг, теплообменники, трубопроводы и арматуру для агрессивных сред и т. п.

В химическом машиностроении наибольшее распространение получили следующие марки титана и его сплавов, чистый титан марок ВТ1-00 и ВТ и титановые сплавы марок ОТ4-0, ОТ4-1, ОТ4 (легированы Мn и Al),

ВТ5, ВТ14, ВТ20 (легированы Al, V, Сr, Mo, Zr, Fe), ПТ-7М, ПТ-ЗВ (легированы Al, V, Zr).

21

3. КОЛОННЫЕАППАРАТЫМАССООБМЕННЫХПРОЦЕССОВ

В условиях многообразия продукции химической, нефтехимической, нефтеперерабатывающей и других смежных отраслей промышленности ее часто получают в виде смесей жидких компонентов, из которых необходимо выделить затем тот или иной компонент в чистом виде.

Для грубого разделения двух взаимно растворимых жидкостей применяют простую перегонку, основанную на различной температуре кипения компонентов данной смеси.

Для качественного разделения взаимно растворимых смесей применяют ректификацию.

Ректификация – процесс разделения жидких однородных смесей на составляющие вещества или группы составляющих веществ в результате противоточного взаимодействия паровой и жидкой смесей.

Около 60 % изготовляемых аппаратов в стране для абсорбции и ректификации представляют собой тарельчатые колонны, остальные – насадочные колонны. При правильной организации гидродинамики процесса насадочные колонны более экономичны, чем тарельчатые. Колонные аппараты конструктивно состоят из унифицированных и стандартных элементов: крышек, обечаек, днищ, штуцеров, фланцев, люков, опор, внутренних устройств.

Корпуса колонных аппаратов изготовляют трех типов:

1)из отдельных царг, соединяемых между собой фланцами на про-

кладках;

2)цельносварные с крышкой на фланцах (для осмотра в корпусе предусматриваются смотровые люки);

3)цельносварные с приваренными верхним и нижним днищами (для монтажа и демонтажа тарелок предусмотрены люки-лазы).

3.1. Тарельчатые аппараты

Тарельчатые колонные аппараты, применяемые в нефтеперерабатывающей и нефтехимической промышленности, – один из важнейших видов технологического оборудования, от работы которого в значительной степени зависит качество получаемых продуктов. Удельный объем тарельчатых колонных аппаратов составляет по весу не менее 25 % от общего объема нефтеперерабатывающего и нефтехимического оборудования. В тарельчатых колоннах взаимодействие пара и жидкости осуществляется на специальных барботажных устройствах – тарелках.

Тарельчатые колонные аппараты состоят из вертикального корпуса, сферической или эллиптической крышки, днища и жестко скрепленной с корпусом опорной обечайки цилиндрической или конической формы.

22

Использование конических опор для высоких колонн небольшого диаметра способствует повышению их устойчивости и уменьшению нагрузки на опорную поверхность фундаментального кольца. Внутри корпуса колонны смонтированы тарелки, устройство для ввода сырья, отбойное устройство и штуцера для жидкости и пара.

Для удобства монтажа и ремонта тарелок расстояние между ними желательно принимать не менее 450 мм. Монтаж и обслуживание тарелок

ваппаратах с цельносварным корпусом выполняют через люки. Люки на корпусе рекомендуется располагать через каждые пять-десять тарелок в зависимости от диаметра аппарата и типа контактных устройств. Диаметр люков может колебаться от 450 мм до 600 мм, а расстояние между тарелками в месте установки люка – от 800 мм до 1000 мм.

Корпуса тарельчатых колонных аппаратов изготавливаются большей частью с постоянным по высоте диаметром, хотя для колонн больших размеров, в случае, если нагрузка по жидкости и пару значительно меняется по высоте, корпус изготавливают из частей разного диаметра, соединенных конусными переходами.

На корпусе колонны предусматриваются штуцера для ввода продукта и вывода пара, ввода флегмы и пара из кипятильника, вывода кубового остатка и циркулирующей кубовой жидкости в кипятильник. Кроме того, аппарат снабжают штуцерами для измерения давления и температуры по высоте аппарата, уровня жидкости, отбора проб и др.

Корпуса аппаратов, работающих при больших рабочих давлениях, а также аппаратов диаметром более 1200 мм выполняют цельносварными.

Втарельчатых аппаратах поверхность контакта фаз развивается потоками газа, распределяющегося в слое жидкости, находящейся на тарелке,

ввиде пузырьков и струй. Такое явление носит название барботаж.

Внасадочных колоннах контакт газа (пара) и жидкости осуществляется по схеме противотока. Интенсивность контакта зависит от гидродинамического режима. При малых нагрузках по газу жидкость стекает по насадке в виде тонких ламинарных пленок, поверхность межфазного контакта при этом не развита. Такой режим называется пленочным. Повышение скорости газа приводит к увеличению сил трения и турбулизации потоков стекающей жидкости и поднимающегося газа. В результате этого жидкость подвисает в насадке и более равномерно распределяется по сечению колонны, наступает режим барботажа, что приводит к увеличению поверхности межфазного контакта. Переход от пленочного режима к режиму подвисания принимается за нижний предел устойчивой работы насадочной колонны.

При дальнейшем увеличении скорости движения газа по сечению колонны движение жидкости становится турбулентным, она дробится на тонкие пленки, пронизываемые газом, поверхность межфазного контакта

23

вновь дополнительно увеличивается. Начиная с некоторой скорости газа, заметно возрастает количество жидкости, удерживаемой в насадке, а в верхней части слоя насадки появляется барботирующий слой жидкости. Общее гидравлическое сопротивление слоя резко возрастает. Это явление называют режимом захлебывания.

Оптимальной скоростью движения газа по сечению колонны принято считать скорость на 15 - 20 % ниже скорости захлебывания, так как при данной скорости развивается высокая поверхность контакта фаз, а пульсаций в колонне не наблюдается.

Колонны с тарелками, или тарельчатые колонны, являются эффективными и наиболее распространенными аппаратами. Они выполняются в виде вертикальных цилиндров, внутри которых одна под другой размещено определенное количество горизонтальных тарелок различных конструкций, обеспечивающих контакт газа (пара) и жидкости.

Различают тарельчатые колонны с переливными устройствами и колонны с неорганизованным переливом жидкости, или с провальными тарелками.

По конструкции корпусов различают в основном три типа колонн:

1)корпус собран из отдельных царг, соединяемых между собой фланцами на прокладке; крышку и днище крепят таким же способом; в таком корпусе не устраивают люков-лазов;

2)корпус цельносварной: крышку крепят с помощью фланцевого соединения; для осмотра в корпусе предусматривают смотровые люки;

3)корпус цельносварной; крышка и днище приварные; обязательно имеются люки-лазы.

На рис. 3.1 представлена конструкция колпачковой царговой колонны. В отдельной царге помещают обычно 4 - 6 тарелок. Царговая конструкция позволяет свободно монтировать и разбирать внутренние устройства колонн (переливы, приемные карманы, контактные устройства, уплотнения тарелок).

Колонный аппарат состоит, как правило, из вертикального корпуса 3, сферической или эллиптической крышки 4, днища 2 и жестко скрепленной

скорпусом опорной обечайки 1 цилиндрической или конической формы. Использование конических опор способствует повышению устойчивости. Внутри корпуса колонны смонтированы тарелки 9, устройство для ввода сырья и штуцеры для вывода жидкости и пара.

Упорные кольца 8 предназначены для герметизации тарелок. В зазоре между тарелкой и корпусом колонны установлены прокладки 7 из асбестового шнура, закрепленные нажимным кольцом 6, скобами 10 и шпильками 11. Царги соединяются между собой с помощью фланцев 13.

24