Ветошкин А.Г. Защита атмосферы от газовых выбросов

Подождите немного. Документ загружается.

режением и при атмосферном давлении, нормализованы разборные тарел-

ки с относительным сечением перелива от 4,6 до 6,3 %.

Рис. 12. Клапанная прямоточная однопоточная тарелка типа ТКП.

Рис. 13. Клапанная прямоточная двухпоточная тарелка типа ТКП.

Конструкция и размеры ситчато-клапанной тарелки и клапана этой

тарелки приведены на рис. 14, 15 и в табл. приложения. Расположение

клапанов по секциям тарелок модификаций

А и Б указано в табл. приложе-

ния, относительное свободное сечение ситчато-клапанных тарелок - в табл.

приложения.

Расстояние между ситчато-клапанными тарелками

Н. в колонне уста-

навливается 0,4; 0,5; 0,6; 0,8; 1,0 и 1,2 м.

Шаг между отверстиями при их диаметре 0,005 м составляет 0,011;

0,012; 0,013; 0,015; 0,017 и 0,018, при диаметре 0,008 м - 0,016; 0,017 и

0,018 м. В зависимости от числа клапанов эти тарелки имеют две модифи-

кации:

А и Б.

Клапан ситчато-клапанной тарелки (см. рис. 15) выполнен в виде час-

ти полого цилиндра, обращенного выпуклой частью в сторону отверстия в

основании тарелки. При увеличении количества газа (пара) клапан свобод-

но перекатывается по опорной площадке гнезда, и живое сечение тарелки

постепенно увеличивается. Гнездо клапана выполнено в виде прямоуголь-

ного отверстия с

наклоненной вниз опорной площадкой. При небольшой

скорости газ проходит через цилиндрические отверстия, имеющиеся в по-

лотне тарелки и клапанов. При этом режиме работы клапаны закрыты, и

тарелка работает, как обычная ситчатая. Расстояние между осью, вокруг

которой поворачивается клапан, и линией центра приложения сил, вызы-

вающих закрывание его в начальный период открывания

, мало, поэтому

момент закрывания невелик и клапан начинает открываться при сравни-

тельно небольшом перепаде давления. В процессе открывания клапана ось,

вокруг которой он поворачивается, перемещается, удаляясь от центра его

тяжести. При этом плечо момента сил увеличивается. Момент закрывания

по мере открывания клапана возрастает. Величина момента закрывания

клапана будет максимальной, когда

клапан опирается на ребро.

Выбор соответствующей массы клапана и места расположения огра-

ничителей его подъема, определяющих плечо момента закрывания, позво-

ляют в широких пределах смещать и изменять рабочий диапазон тарелки.

Ситчато-клапанные тарелки рекомендуются для ректификационных и

абсорбционных колонных аппаратов химической, нефтехимической и

смежных отраслей промышленности. Они просты и технологичны в

изго-

товлении, имеют низкую металлоемкость. Кроме того, к преимуществам

этих тарелок следует отнести широкий диапазон устойчивой работы (по

жидкости 3...100

/(M ⋅ ч), по пару 0,2...5,0==

ρω

кг

0,5

/(м

0,5

⋅с)), высо-

кую эффективность разделения во всем интервале нагрузок, низкое гид-

равлическое сопротивление, отсутствие градиента уровня жидкости, на-

дежность в работе.

Рис. 14. Конструкция ситчато-клапанной тарелки.

Рис. 15. Конструкция клапана ситчато-клапанной тарелки.

Жалюзийно-клапанная тарелка состоит из плоского основания с рас-

положенными на нем жалюзийно-клапанными элементами. Основной де-

талью тарелки является жалюзийно-клапанный элемент, состоящий из ме-

таллической рамки с отверстиями, в которые входят цапфы подвижных

пластинок. Конструкция и основные размеры жалюзийно-клапанных таре-

лок приведены на рис. 16 и в табл. приложения. Расположение секций

та-

релок и отбойников для двух модификаций тарелок показано на рис. 17.

При изменении расхода пара (газа), поступающего под тарелку, пла-

стинки поворачиваются на цапфах и пар (газ) проходит между ними, пере-

мещаясь над тарелкой под определенным углом. При незначительном рас-

ходе пара (газа) пластинки поворачиваются на малый угол, при увеличе-

нии

расхода – до упора в перегородку, которой снабжена рамка. Жидкость

перемещается по тарелке за счет направленного движения пара на выходе

из жалюзийных элементов.

Рис. 16. Жалюзийно-клапанная тарелка.

Жалюзийно-клапанные тарелки также рекомендуется устанавливать

на ректификационных и абсорбционных колоннах. Они характеризуются

высокой разделяющей способностью при больших нагрузках по пару и

жидкости. К преимуществам таких тарелок следует отнести высокий к.п.д.

Во всем интервале нагрузок по пару и жидкости; более высокие допусти-

мые скорости пара в сечении колонны по сравнению с колпачковыми и

клапанными тарелками; малый объем сварочных работ при изготовлении,

легкость

монтажа и демонтажа тарелок. Кроме того, установка на тарелках

дегазаторов из сетки значительно увеличивает их пропускную способность

и уменьшает брызгоунос.

Выпускаемые жалюзийно-клапанные тарелки бывают двух исполне-

ний: 1 - с относительным свободным сечением от 12,2 до 15,3 % (предна-

значены в основном для аппаратов, работающих под разрежением и при

атмосферном давлении); 2 - с относительным свободным

сечением от 8,8

до 11,1 % (предназначены в основном для аппаратов, работающих под

давлением, и в процессах абсорбции).

Рис. 17. Элемент жалюзийно-клапанной тарелки.

Расстояние между тарелками принимается равным 0,4; 0,45; 0,5; 0,6;

0,8; 1,2 м. В зависимости от расстояния между тарелками выбирают длину

сливного листа (табл. 2).

Решетчатые провальные тарелки, в отличие от ранее рассмотрен-

ных, не имеют переливных устройств. Жидкость сливается на нижележа-

щие тарелки через те же щелевые отверстия, по которым поднимается газ

или пар (поэтому их называют также провальными).

Таблица 2.

Длина сливного листа жалюзийно-клапанной тарелки

Длина сливного листа, м

Расстояние

между тарел-

ками, м

Исполнение 1 Исполнение 2

0,4

0,45

0,5

0,6

0,8

1,0

1,2

0,405

0,455

0,505

0,506

0,805

1,005

1,205

0,375

0,425

0,475

0,575

0,775

0,975

1,175

Решетчатые тарелки (рис. 18 а, б) обычно изготовляют из стальных

листов толщиной 2…4 мм, в которых профрезерованы или проштампова-

ны щели. Применяются тарелки и другой конструкции - сборные из колос-

ников, изготовленных из полосового металла, наподобие обычных, колос-

никовых решеток. Применяя в качестве колосников трубы, можно сконст-

руировать тарелки для, одновременного проведения процессов

массо- и

теплообмена. Вместо продольных щелей в тарелке можно просверлить или

проштамповать круглые отверстия. Такие тарелки называют дырчатыми.

Жидкость на решетчатой тарелке распределяется слоем, высота кото-

рого зависит от перепада давления парового или газового потока. Через

щели или отверстия на тарелке непрерывно проходят пар (снизу вверх) и

жидкость (сверху вниз). В

среднем на каждом участке тарелки устанавли-

вается динамическое равновесие между количеством находящейся на ней

жидкости и скоростью потока жидкости и пара (газа). Отсутствие перего-

родок на тарелке приводит при интенсивном барботаже к стабилизации

высоты барботажного слоя на всех ее участках. Тарелка небольшого диа-

метра (0,4…0,8 м) может быть выполнена из одного

элемента, большого

диаметра - из отдельных листов-секций, закрепленных прокладками на

каркасе или приваренных к нему.

Свободное сечение решетчатых тарелок для пенящихся жидкостей с

целью поддержания устойчивого режима работы аппарата рекомендуется

принимать в пределах 10…12 %. Для непенящихся жидкостей возможно

повышение свободного сечения тарелок до 30 % и выше, что желательно с

точки зрения повышения производительности

. Однакоследует учитывать,

что с увеличением свободного сечения тарелок диапазон их устойчивой

работы уменьшается.

Ширина щелей может быть от 3 до 10 мм. При более узких щелях за-

трудняется изготовление тарелок. При увеличении ширины щелей умень-

шается диапазон устойчивой работы тарелок. Отверстия дырчатых тарелок

имеют диаметр 4…8 мм.

Рис. 18, а. Решетчатая тарелка типа ТС-Р.

Рис. 18, б. Конструкция разборных решетчатых тарелок.

Для пенящихся жидкостей расстояние между тарелками выбирают

0,4…0,5 м. При уменьшении расстояния между тарелками также сужается

диапазон устойчивой работы тарелок.

Как и ситчатые тарелки, они могут работать в узком диапазоне нагру-

зок. Оптимальные скорости газа такие же, как и для ситчатых тарелок, т. е

до 1,5 м/с.

Оптимальные массовые скорости жидкости в решетчатых тарелках

составляют 11…16 т/(м

⋅ч). При меньших нагрузках по жидкости лучше

работают тарелки с перелидами.

Решетчатые тарелки весьма эффективны, просты по устройству, в 2-

2,5 раза дешевле колпачковых. Их можно рекомендовать для колонн,

плотность орошения которых не ниже 10 т/(м

⋅ч). Высота слоя чистой

жидкости на тарелках при нормальных нагрузках равна примерно 30…40

мм.

Технические характеристики решетчатых тарелок приведены в табл.

приложения.

По степени очистки выбросов от газообразных загрязнителей все кон-

струкции тарелок примерно равнозначны.

Конструкция колонны с колпачковыми тарелками приведена на рис.

19, колонны с ситчатыми тарелками (с двумя зонами контакта фаз) - на

рис. 20, колонны

с ситчато-клапанными тарелками - на рис. 21.

Расчет абсорберов

4.1. Расчет насадочных абсорберов

Целью расчета насадочных абсорберов является: определение диамет-

ра (сечения) аппарата; определение высоты насадки (а также нахождение

высоты аппарата); определение гидравлического сопротивления аппарата.

Расчеты характеристик насадочных абсорберов выполняют в следую-

щем порядке.

1. Определяют количество ингредиентов отбросных газов, составляют

материальный баланс, определяют начальные и конечные концентрации

загрязнителей в обеих фазах, расход поглотителя

2. Строят графики равновесной и рабочей линии процесса, для чего

вначале концентрации улавливаемого вещества выражают в долях от ко-

личества постоянных компонентов - инертной части газового потока по га-

зовой фазе и чистого поглотителя по жидкой фазе. Затем по опытным дан-

ным строят равновесную и рабочую линии процесса абсорбции.

В состоянии равновесия

в каждом конкретном случае существует

строго определенная зависимость между концентрациями распределяемого

вещества, которая при равновесии системы называется равновесной.

Очевидно, что любой концентрации

X соответствует равновесная

концентрация

Y*, и наоборот, любой концентрации Y соответствует рав-

новесная концентрация

Х*, т.е.

*).(*);(

В состоянии равновесия при условии постоянства температуры и об-

щего давления зависимость между концентрациями распределяемого в га-

зовой и жидкой фазах компонента будет однозначной. Эта зависимость

выражается законом Генри:

при постоянной температуре парциальное

давление растворенного газа пропорционально его молярной доли в рас-

творе:

xEp ⋅=

∗

или растворимость газа в жидкости при данной температуре пропорцио-

нально его парциальному давлению над жидкостью:

x ⋅

⎟

⎠

⎞

⎜

⎝

⎛

∗

где

E - коэффициент пропорциональности называемый константой Генри;

- парциальное давление поглощаемого газа, находящегося в равновесии

с раствором, имеющим концентрацию

(в мол. долях); x

* - концентра-

ция газов в растворе (в мол. долях), равновесная с газовой фазой, в которой

парциальное давление поглощаемого компонента равно

При отсутствии опытных данных можно составить уравнение равно-

весного распределения поглощаемого компонента в жидкой и газовой фа-

зах по давлению насыщенного пара этого вещества, считая разбавленные

растворы идеальными и подчиняющимися закону Рауля. Например, из-

вестно, что упругость паров толуола при 20°С составляет около 3000 Па.

Отсюда равновесную концентрацию толуола в газовой

фазе у* можно при-

ближенно находить по его содержанию в жидкой фазе

х из соотношения:

у* = (3

/1,01

)x = 0,0296

где

у и х выражены в мольных долях.

3. Определяют движущую силу массопередачи. Движущие силы под-

считывают по концентрациям загрязнителей в газовой и жидкой фазах на

входе в абсорбер и выходе из него как разность между действительной

концентрацией загрязнителя в рассматриваемой фазе и равновесной с кон-

тактирующей фазой (последнюю находят по линии равновесия или по

кон-

кретному уравнению линии равновесия).

Средние движущие силы процесса абсорбции подсчитывают, исходя

из модели идеального вытеснения, по выражению:

ср

= (ΔY

– ΔY

)/ln(ΔY

/ΔY

или

ср

= (ΔX

– ΔX

)/ln(ΔX

/ΔX

)

где

ΔY

б(м)

, ΔХ

б(м)

- большие (меньшие) движущие силы процесса соответ-

ственно по газовой и жидкой фазам.

4. Определяют рабочую скорость газового потока. Тип насадки под-

бирают исходя из условий обеспечения достаточной площади поверхности

массоотдачи, коррозионной стойкости, прочности, долговечности, прием-

лемого перепада давления в колонне, стоимости, других факторов.

Рабочую скорость газа

w принимают в зависимости от технических, экс-

плуатационных, экономических и других факторов. Обычно она превыша-

ет половину скорости начала захлебывания слоя насадки.