1 Аналитический обзор

Ректификационные колонны отличаются, в основном, конструкцией внутреннего устройства для распределения жидкой и паровой фаз. Взаимодействие жидкости и пара осуществляется в колоннах путём барботирования пара через слой жидкости на тарелках или же путём поверхностного контакта пара и жидкости на насадке или на поверхности жидкости, стекающей тонкой плёнкой.

Барботажные колонны тарельчатого типа выполняются обычно в виде колонн круглого сечения, по высоте которых расположены той или иной конструкции тарелки, на каждой из которых осуществляется одна ступень контакта. На каждой тарелке в зависимости от ее конструкции может осуществляться: прямоток, противоток, перекрестный ток фаз при различной степени перемешивания жидкости от полного смешения до полного вытеснения. Тарельчатые колонные аппараты применяют при температурах отминус 40 ℃ до 200 ℃, атмосферном избыточном давлении до 2,5 МПа, а так же под вакуумом при остаточном давлении не ниже 665 Па.

Тарелки можно подразделить на четыре группы:

1. Тарелки с перекрёстным контактом фаз, в которых движение жидкости и пара (газа) осуществляется перекрёстным током. Эти тарелки имеют специальные переливные устройства, для перетока жидкости с одной тарелки на другую, при этом пар не проходит по переливным устройствам. К этой группе относятся колпачковые, ситчатые, клапанные и другие тарелки.

2. Тарелки провального типа, в которых переливные устройства отсутствуют, так что пар (газ) и жидкость проходят через одни и те же отверстия. На этих тарелках контакт фаз осуществляется по схеме полного перемешивания жидкости. К этой группе относятся решётчатые (щелевые) провальные тарелки, дырчатые провальные тарелки и трубчатые, составленные из труб так, что между ними остаются щели, через которые движутся пар (газ) и жидкость. Последние применяются для неизотермической абсорбции, при этом по трубам пропускают холодную воду для отвода выделяющегося тепла.

3. Тарелки с однонаправленным движением пара (газа) и жидкости, так называемые прямоточные. Пар (газ) выходит из отверстий в направлении движения жидкости на тарелке. Эти тарелки обычно имеют переливные устройства. К этой группе относятся S-образные клапанные, ситчатые и струйные с отбойными элементами и другие тарелки.

Выбор колпачковых тарелок обусловлен тем, что они менее чувствительны к загрязнениям, чем ситчатые, и отличаются более высоким интервалом устойчивой работы колонны. Газ на тарелку поступает по патрубкам, разбиваясь затем прорезями колпачка на большое число отдельных струй. Далее газ проходит через слой жидкости, перетекающей по тарелке от одного сливного устройства к другому. При движении через слой значительная часть мелких струй распадается и газ распределяется в жидкости в виде пузырьков. Интенсивность образования пены и брызг на колпачковых тарелках зависит от скорости движения газа и глубины погружения колпачка в жидкость. Колпачковые тарелки изготовляют с радиальным или диаметральным переливами жидкости. Колпачковые тарелки устойчиво работают при значительных изменениях нагрузок по газу и жидкости. К их недостаткам следует отнести сложность устройства и высокую стоимость, низки предельные нагрузки ею газу, относительно высоко гидравлическое сопротивление, трудность очистки.