2.6.3. Применение перекрестно-точных насадок

Такие насадки заменяют только часть поперечного сечения колонны (в виде различных геометрических фигур: кольцо, треугольник, четырехугольник, многоугольник). Изготавливаются из плетеной металлической сетки, просечно-вытяжных листов, пластин. Насадка проницаема для паров в горизонтальном направлении, а для жидкос- ти – в вертикальном. Она разделена распределительной плитой на несколько секций (модулей), представляющих собой единую совокупность элемента регулярной насадки с распределителем жидкостного орошения. В пределах каждой секции организуется поперечное контактирование фаз, то есть жидкость и пар проходят различные независимые сечения (жидкость движется сверху вниз, а пар – в горизонтальном направлении), площадь которых можно регулировать, что дает проектировщику свободу. Такой контакт позволяет регулировать в оптимальных пределах плотности жидкости и пара изменением толщины и площади поперечного сечения насадочного слоя, тем самым повышая почти на порядок скорость паров.

Достоинства перекрестноточных насадок:

1. устраняют дефекты (захлебывание, образование байпасных потоков, брызгоунос, характерный для противоточных насадочных и тарельчатых колонн);

2. те же плюсы, что и при применении противоточных насадок;

3. насадочный слой занимает только часть горизонтального сечения площадью на порядок меньшt, чем противоточные насадки [10];

4. с применением перекрестно-точных насадок в одной вакуумной колонне возможна перегонка мазута с получением узких масляных дистиллятов [10].

Расчеты показали, что контактные устройства в зоне циркуляционного орошения должны быть с КПД не менее 0,85. Обеспечить высокий КПД на тарелках очень сложно, так как в зоне конденсации широко применяются гидродинамические нагрузки, поэтому лучше использовать насадочные блоки. Устанавливать их следует раньше, чем в зоне ректификации, и реконструировать эту зону нужно в первую очередь после реконструкции зоны питания.

Как описывалось ранее, при циркуляционном орошении жидкость подается на тарелку, расположенную выше места вывода ее из колонны. На эту же тарелку поступает также орошение с вышерасположенной тарелки. Обе жидкости имеют различный состав. Если колонна тарельчатая, то эти две жидкости смешиваются и полученная смесь контактирует с паровой фазой.

Использование регулярных перекрестно-точных насадочных устройств позволяет организовать более рациональную схему контактирования пара с указанными жидкостями. Паровую фазу можно контактировать вначале, на первом блоке насадочного устройства, с жидкостью более тяжелого фракционного состава. При этом конструктивно отдельные блоки перекрестно-насадочных устройств могут быть установлены друг над другом или расположены рядом на одном уровне, что сокращает общую высоту насадочных блоков в колонне.

Исследования показали, что в вакуумных колоннах, в которых в качестве боковых погонов отбираются тяжелое дизельное топливо и вакуумный дистиллят, пар при контактировании на насадочном устройстве, установленном над зоной ввода сырья, контактирует сначала с более тяжелой жидкостью, а затем с более легкой – стекающей с вышерасположенной тарелки. Качество вакуумного газойля выше, чем при контакте пара со смесью двух указанных жидкостей. Улучшается отпарка легких фракций из тяжелой жидкости [48].

В одном из патентов предложено оборудовать отгонную секцию вакуумной колонны перекрестно-точными насадками. В этом случае с низа колонны выводят дополнительный поток в виде высококипящей дистиллятной фракции. Предотвращают смешение тяжелого кубового продукта, поступающего с питанием, с потоком жидкости, стекающей с нижнего контактного устройства укрепляющей секции. Это обеспечивается за счет разделения контактного устройства на две части непраницаемой для прохода жидкости вертикальной перегородкой. Схема движения потоков приведена на рис. 2.19 [49].

Рис. 2.19. Движение потоков в отгонной секции вакуумной колонны с перекрестно-точной насадкой:

1 – мазут; 2 – поток с укрепляющей секции; 3 – испаряющий агент; 4 – высококипящая дистиллятная фракция; 5 – гудрон; 6 – перекрестно-точная насадка

Для примера приведем отечественную перекрестноточную насадку ИМПА-С (рис. 2.20).

Данное контактное устройство содержит горизонтальные перфорированные листы с гофрами, выполненными в виде прямоугольного треугольника с наклонной и вертикальной сторонами. Во впадинах гофр выполнены дополнительные отверстия для перетока жидкости. В результате достигается многократность дробления жидкости за счет турбулизирующих выступов. Образование капель сопровождается эффективным массопереносом между газовой и жидкой фазами.

Принцип работы заключается в том, что жидкость подается на верхний гофрированный лист и стекает по наклонным сторонам гофров к отверстиям во впадинах. Через отверстия жидкость перетекает на наклонные стороны гофров нижележащего листа.

а

б

Рис. 2.20. Насадка ИМПА-С:

а – вид блока насадки; б – пример схемы монтажа в колонне

Пар поступает на насадку сбоку и проходит через перфорацию на наклонных сторонах гофр и контактирует с жидкостью, стекающей вниз. При этом газ частично срывает пленку жидкости с наклонных сторон гофров и отбрасывает ее на вертикальные стороны гофр, где жидкость сепарируется и стекает вниз. Схема взаимодействия потоков приведена на рисунке 2.21.

Интенсивный контакт фаз происходит не только на поверхности гофрированных листов, но и в свободном объеме насадки. Он сопровождается многократным разрушением и восстановлением пленки жидкости [38].