Устройство, характеристика(по производительности, напору, КПД, равномерности подачи) и принцип действия поршневого насоса. Воздушные колпаки. Индикаторная диаграмма. Диаграмма подачи.
Часть 2.
Классификация контактных устройств. Гидродинамические режимы тарелок. Влияние флегмового числа на показатели ректификации (четкость разделения, размеры колонны, расходы теплоносителей, производительность колонны). Устройство и принцип действия тарельчатых колонн, их плюсы и минусы.
Тарельчатые колонны секционированы по высоте поперечными тарелками. В этих тарелках восходящие пары последовательно барботируют через слои жидкости на тарелках, расположенных на определенном расстоянии друг от друга. Жидкость непрерывно перетекает с верхних на нижние тарелки, которые отделены друг от друга свободным пространством, где пары отделяются от уносимых ими капель и брызг. Таким образом, в тарельчатых колоннах происходит ступенчатый контакт паровой и жидкой фаз. Тарельчатые колонны применимы при высокой производительности, для широкого интервала нагрузок по пару и жидкости, способны четко разделить смесь. Высокое гидравлическое сопротивление этих аппаратов имеет вредное значение лишь для ректификации под вакуумом.
Тарелки могут быть со сливными устройствами - колпачковые, ситчатые, клапанные, пластинчатые, с S-образными элементами, струйные и т.д. и без сливных устройств – провальные, решетчатые, трубчатые, волнистые. Требования к тарелкам: высокая интенсивность и эффективность массообмена, простота изготовления и монтажа, низкое гидравлическое сопротивление.
Классификация тарелок: 1). по наличию переточных каналов – с переточными каналами и без них, 2). по числу потоков на полотне тарелки, 3). по взаимному направлению пготоков фаз: противоточные, прямоточные, перекрестные, 4) по способу перелива жидкости на полотне тарелок – с диметральной и радиальным переливом.
Используются, например, тарелки с круглыми колпачками: 
1 – корпус колонны, 2 – диск тарелки, 3 – колпачки, 4- вырез стенки колпачка, 5 – сливной порог, 6 – патрубок для прохода газа или пара, 7- вертикальная перегородка, 8-переточный канал.
Тарелка представляет собой металлический диск 2 с отверстиями, в которых укреплены патрубки, перекрывемые сверху колпачками. В нижней части колпачка имеются вырезы (или прорези), через которые барботирует пар. Проходя через слой жидкости, пар поступает в патрубки верхней тарелки. Жидкость перетекает на нижнюю тарелку через переточные каналы, концы которых погружены в жидкость (гидравлический затвор). Иногда переточными каналами служат цилиндрические трубки. Колпачки размещаются в вершинах равносторонних треугольников. Уровень жидкости на тарелке определяется высотой сливного порога. Тарелки со сливными устройствами могут работать в трех гидродинамических режимах: 1) пузырьковом; 2) пенном; 3) струйном. Пузырьковый режим – при небольших скоростях пара. Поверхность контакта фаз небольшая. При увеличении скорости пара отдельные пузырьки сливаются в струю, при разрушении которой образуется пена. Поверхность контакта фаз максимальна. Это пенный режим. При дальнейшем росте скорости пара паровые струи выходят на поверхность барботажного слоя, образуя большое количество крупных брызг. Это струйный режим. Поверхность контакта фаз резко снижается. Поверхность контакта фаз резко снижается. Плюсы: широкий интервал нагрузок по пару и жид, большая производительность, высокая четкость разделения смеси. Минусы: сложность, дороговизна, повышенное гидравлическое сопротивление.
Для разделения смеси требуется бесконечно большое число тарелок, т.е. высота колонны должна быть бесконечно большая. Чем меньше флегмовое число, тем меньше орошение и тем меньшее количество жидкости надо испарить и меньшее количество пара надо сконденсировать. Значит, при R = Rmin производительность колонны максимальна, но качество разделения наихудшее. При этом диаметр колонны при заданной скорости жидкого потока минимальный. При R = ∞, т.е. когда GD = 0, 
максимальна (при х = хF). Рабочие линии совпадают с диагональю; высота колонны тоже минимальна.
При этом орошение и диаметр колонны максимальны, расходы теплоносителей тоже максимальны, производительность колонны минимальна, качество разделения наилучшее. Колонна работает на себя, без отбора дистиллята. От флегмового числа зависят размеры и производительность колонны и расходы теплоносителей. Капитальные затраты определяются размерами аппаратов, а эксплуатационные расходы – расходами теплоносителей и разделяемой смеси. Оптимальное флегмовое число отвечает минимуму суммарных затрат на ректификацию.
Классификация контактных устройств. Гидродинамические рабочие режимы насадок. Устройство и принцип действия насадочных колонн, Плюсы и минусы. Влияние флегмового числа на показатели ректификации (четкость разделения, размеры колонны, расходы теплоносителей, производительность колонны).
В химической промышленности широко применяются насадочные абсорберы. Это колонны, на опорные решетки которых загружается насадка (мелкие тела различной формы). Решетки – колосниковые или плоские перфорированные:
| Г |
| Г |
| Ж |
| Ж |
Над слоем насадки – распределитель жидкости (для равномерного орошения). Для снижения «пристеночного эффекта» (стекание жидкости по периферии) слой насадки секционируют и используют конусный фартук 4. Поглощение газа абсорбентом происходит в основном на смоченной поверхности насадки.
Плотность орошения – расход абсорбента через 1 м2 поперечного сечения слоя насадки: 
.
Различают четыре режима встречного движения жидкости и газа в слое насадки. При небольших расходах газа и жидкости наблюдается пленочный режим (А’А).
Зависимость гидравлического сопротивления насадки от скорости газа: 1 – неорошаемая насадка, 2 – орошаемая насадка.
| A' |
| A |
| B |
| C |
| lg Wг |
| lg ΔP |
Второй режим – подвисания – начинается в точке А – точка начала торможения. Вследствие торможения жидкости газовым потоком происходит накопление жидкости в слое насадки. При подвисании появляются завихрения, брызги, интенсифицирующие массообмен.
Точка В характеризуется резким увеличением ∆р: происходит инверсия фаз. Газ барботирует через сплошную жидкую фазу, заполняющую весь свободный объем насадки. Это третий режим – захлебывания, или барботажа, или эмульгирования. В этом режиме – максимальная межфазная поверхность и наиболее интенсивный Массообмен, т.к. контакт – и на поверхности насадки, и на поверхности пузырьков. Дальнейшее увеличение скорости газа (после точки С) приводит к режиму уноса брызг жидкости. Этот режим не применяют. Ниже точки А – точки подвисания активная поверхность меньше геометрической поверхности насадки, из-за застойных зон, а выше этой точки она даже может превосходить геометрическую поверхность.
При повышенном давлении целесообразно работать в режимах подвисания или барботажа, т.к. ∆р не играет большой роли.
При атмосферном давлении приходится довольствоваться пленочным режимом.
Достоинства насадочных колонн – простота устройства и низкий ∆р. Недостатки – трудность теплоотвода и плохая смачиваемость при низкой плотности орошения. Для проведения одинакового процесса требуются насадочные колонны большего объема, чем барботажные. Для загрязненных жидкостей используют абсорберы с «псвдоожиженным» слоем насадки.
Чем меньше флегмовое число, тем меньше орошение и тем меньшее количество жидкости надо испарить и меньшее количество пара надо сконденсировать. Значит, при R = Rmin производительность колонны максимальна, но качество разделения наихудшее. При этом диаметр колонны при заданной скорости жидкого потока минимальный. При R = ∞, т.е. когда GD = 0, максимальна (при х = хF). Рабочие линии совпадают с диагональю; высота колонны тоже минимальна.
При этом орошение и диаметр колонны максимальны, расходы теплоносителей тоже максимальны, производительность колонны минимальна, качество разделения наилучшее. Колонна работает на себя, без отбора дистиллята. От флегмового числа зависят размеры и производительность колонны и расходы теплоносителей. Капитальные затраты определяются размерами аппаратов, а эксплуатационные расходы – расходами теплоносителей и разделяемой смеси. Оптимальное флегмовое число отвечает минимуму суммарных затрат на ректификацию.
Часть 3.
Часть 2.
Устройство, характеристика(по производительности, напору, КПД, равномерности подачи) и принцип действия поршневого насоса. Воздушные колпаки. Индикаторная диаграмма. Диаграмма подачи.
Насос – гидравлическая машина, преобразующая энергию двигателя в механическую энергию перемещаемой жидкости.
1-Поршень 2- Цилиндр 3,4-всасывающие и нагнетательные клапаны 5,6 – воздушные колпаки (буферные ёмкости примерно на ½ заполненные воздухом) 7,8- линия всасывания и нагнетания 9- шток 10- шатун 11- кривошип
Вращательное движение вала двигателя трансформируется в возвратно-поступательное движение поршня с помощью кривошипно-шатунного механизма.
При движении поршня из крайнего левого положения вправо в цилиндре за поршнем образуется вакуум, при этом 3 открывается, а 4 закрывается и жидкость из линии 7 устремляется в цилиндр вслед за поршнем, происходит всасывание жидкости при давлении Рвс. При движении поршня из крайнего правого положения влево давление подскакивает от Рвс до Рн, при этом 3 закрывается, а 4 открывается и происходит выталкивание жидкости из цилиндра под давлением Рн в линию 8, т.е. нагнетание (участок с-d), затем рабочий цикл повторяется.
На схеме ПН простого действия, в нём за 1 поворот кривошипа – 1 всасывание и 1 нагнетание (диаграмма б)
На диаграмме а) зависимость абсолютного давления в цилиндре от расстояния (объема), описываемого поршнем в пространистве Рвс, Рн – давление всасывания и нагнетания. На диаграмме б) зависимость объемной подачи ПН простого действия от угла поворота кривошипа: 1рад = 360/2П = 57°18’ ≈ 57,3°.
Для ПН простого действия характерна прирывистость подачи жидкости, т.е. пульсирующий характер подачи. Это приводит к гидроудару при закрывании клапана. Гидроудары вызывают шум, треск, вибрацию и сокращают срок службы ПН. Понизить степень пульсации подачи ПН можно 2 способами:
1)установкой на линиях всасывания и нагнетания воздушных колпаков, они играют роль воздушных подушек – это объясняется способностью воздуха сжиматься при повышении давления; 2)вместо ПН простого действия использовать ПН кратного действия (1,2,3,4-кратного). ПН 2го действия – цилиндр снабжают двойной крышкой с парой клапанов, в нём за 1 оборот кривошипа – 2 всасывания и 2 нагнетания. При этом подача насоса становится более плавной и увеличиваются все основные показатели ПН, в 1ю очередь растет производительность насоса.
Для увеличения производительности применяют многоцилиндровые компрессоры (привод от одного коленчатого вала). У ПН 3-го и 4-го действия подача ещё более плавная и равно мерная и выше производительность.
V, м3/с
0 π 2π α, рад/с
9.Устройство, характеристика (по производительности, напору, КПД, равномерности подачи) и принцип действия центробежного насоса. Конструкция рабочего колеса
Центробежный насос состоит из колеса с лопатками, сидящего на валу внутри улиткообразного корпуса.
Схема ЦБН: 1-лопастное рабочее колесо, 2-вал, 3-улиткообразный (спиральный) корпус, 4,5-всасывающий и нагнетательный потоки, 6-лопатка (лопасть), 7-расщиряющийся спиральный канал между колесом и корпусом
Жидкость поступает в центральную часть колеса из всасывающего патрубка 4 параллельно валу иначинает вращаться. Центробежной силой жидкость отбрасывается от центра колеса к его перефирии. В результате в центре колеса образуется разряжение, обеспечивающее непрерывный, плавный и равномерный подсос жидкости. Пройдя через криволинейные каналы колеса, образованные лопастями и поверхностями дисков, жидкость выбрасывается из колеса в расширяющийся канал7, а затем через патрубок 5 выталкивается в нагнетательные линии.
При движении через рабочее колесо и спиральную камеру часть кинетической энергии жидкости переходит в потенциальную энергию давления (за счетрасширения каналов между лопастями и спиральной камеры). Т.е. скорость жидкости уменьшается, а давление растет. Переход энергии происходит согласно уравнению Бернулли
Перед пуском ЦБН заливают перекачиваемой жидкостью.
На схеме – одноступенчатый ЦБН. Напор одноступенчатых ЦБН (с одним рабочим колесом) обычно не превышает 50 м.. Для получения более высоких напоров используют многоступенчатые ЦБН. Напор многоступенчатых ЦБН (с несколькими колесами в одном корпусе на одном валу) обычно не превышает 20 Мпа.
Рабочее колесо образуют два диска, соединенные между собой лопатками:
1 – сплошной диск; 2 – диск с отверстием для входа перекачиваемой жидкости.
Лопасть делят пространство между дисками на ряд криволинейных каналов, расширяющихся от центра к периферии.
Классификация контактных устройств. Гидродинамические режимы тарелок. Влияние флегмового числа на показатели ректификации (четкость разделения, размеры колонны, расходы теплоносителей, производительность колонны). Устройство и принцип действия тарельчатых колонн, их плюсы и минусы.
Тарельчатые колонны секционированы по высоте поперечными тарелками. В этих тарелках восходящие пары последовательно барботируют через слои жидкости на тарелках, расположенных на определенном расстоянии друг от друга. Жидкость непрерывно перетекает с верхних на нижние тарелки, которые отделены друг от друга свободным пространством, где пары отделяются от уносимых ими капель и брызг. Таким образом, в тарельчатых колоннах происходит ступенчатый контакт паровой и жидкой фаз. Тарельчатые колонны применимы при высокой производительности, для широкого интервала нагрузок по пару и жидкости, способны четко разделить смесь. Высокое гидравлическое сопротивление этих аппаратов имеет вредное значение лишь для ректификации под вакуумом.
Тарелки могут быть со сливными устройствами - колпачковые, ситчатые, клапанные, пластинчатые, с S-образными элементами, струйные и т.д. и без сливных устройств – провальные, решетчатые, трубчатые, волнистые. Требования к тарелкам: высокая интенсивность и эффективность массообмена, простота изготовления и монтажа, низкое гидравлическое сопротивление.
Классификация тарелок: 1). по наличию переточных каналов – с переточными каналами и без них, 2). по числу потоков на полотне тарелки, 3). по взаимному направлению пготоков фаз: противоточные, прямоточные, перекрестные, 4) по способу перелива жидкости на полотне тарелок – с диметральной и радиальным переливом.
Используются, например, тарелки с круглыми колпачками: 1 – корпус колонны, 2 – диск тарелки, 3 – колпачки, 4- вырез стенки колпачка, 5 – сливной порог, 6 – патрубок для прохода газа или пара, 7- вертикальная перегородка, 8-переточный канал.
Тарелка представляет собой металлический диск 2 с отверстиями, в которых укреплены патрубки, перекрывемые сверху колпачками. В нижней части колпачка имеются вырезы (или прорези), через которые барботирует пар. Проходя через слой жидкости, пар поступает в патрубки верхней тарелки. Жидкость перетекает на нижнюю тарелку через переточные каналы, концы которых погружены в жидкость (гидравлический затвор). Иногда переточными каналами служат цилиндрические трубки. Колпачки размещаются в вершинах равносторонних треугольников. Уровень жидкости на тарелке определяется высотой сливного порога. Тарелки со сливными устройствами могут работать в трех гидродинамических режимах: 1) пузырьковом; 2) пенном; 3) струйном. Пузырьковый режим – при небольших скоростях пара. Поверхность контакта фаз небольшая. При увеличении скорости пара отдельные пузырьки сливаются в струю, при разрушении которой образуется пена. Поверхность контакта фаз максимальна. Это пенный режим. При дальнейшем росте скорости пара паровые струи выходят на поверхность барботажного слоя, образуя большое количество крупных брызг. Это струйный режим. Поверхность контакта фаз резко снижается. Поверхность контакта фаз резко снижается. Плюсы: широкий интервал нагрузок по пару и жид, большая производительность, высокая четкость разделения смеси. Минусы: сложность, дороговизна, повышенное гидравлическое сопротивление.
Для разделения смеси требуется бесконечно большое число тарелок, т.е. высота колонны должна быть бесконечно большая. Чем меньше флегмовое число, тем меньше орошение и тем меньшее количество жидкости надо испарить и меньшее количество пара надо сконденсировать. Значит, при R = Rmin производительность колонны максимальна, но качество разделения наихудшее. При этом диаметр колонны при заданной скорости жидкого потока минимальный. При R = ∞, т.е. когда GD = 0, максимальна (при х = хF). Рабочие линии совпадают с диагональю; высота колонны тоже минимальна.
При этом орошение и диаметр колонны максимальны, расходы теплоносителей тоже максимальны, производительность колонны минимальна, качество разделения наилучшее. Колонна работает на себя, без отбора дистиллята. От флегмового числа зависят размеры и производительность колонны и расходы теплоносителей. Капитальные затраты определяются размерами аппаратов, а эксплуатационные расходы – расходами теплоносителей и разделяемой смеси. Оптимальное флегмовое число отвечает минимуму суммарных затрат на ректификацию.
Классификация контактных устройств. Гидродинамические рабочие режимы насадок. Устройство и принцип действия насадочных колонн, Плюсы и минусы. Влияние флегмового числа на показатели ректификации (четкость разделения, размеры колонны, расходы теплоносителей, производительность колонны).
В химической промышленности широко применяются насадочные абсорберы. Это колонны, на опорные решетки которых загружается насадка (мелкие тела различной формы). Решетки – колосниковые или плоские перфорированные:
| Г |
| Г |
| Ж |
| Ж |
Над слоем насадки – распределитель жидкости (для равномерного орошения). Для снижения «пристеночного эффекта» (стекание жидкости по периферии) слой насадки секционируют и используют конусный фартук 4. Поглощение газа абсорбентом происходит в основном на смоченной поверхности насадки.
Плотность орошения – расход абсорбента через 1 м2 поперечного сечения слоя насадки: .
Различают четыре режима встречного движения жидкости и газа в слое насадки. При небольших расходах газа и жидкости наблюдается пленочный режим (А’А).
Зависимость гидравлического сопротивления насадки от скорости газа: 1 – неорошаемая насадка, 2 – орошаемая насадка.
| A' |
| A |
| B |
| C |
| lg Wг |
| lg ΔP |
Второй режим – подвисания – начинается в точке А – точка начала торможения. Вследствие торможения жидкости газовым потоком происходит накопление жидкости в слое насадки. При подвисании появляются завихрения, брызги, интенсифицирующие массообмен.
Точка В характеризуется резким увеличением ∆р: происходит инверсия фаз. Газ барботирует через сплошную жидкую фазу, заполняющую весь свободный объем насадки. Это третий режим – захлебывания, или барботажа, или эмульгирования. В этом режиме – максимальная межфазная поверхность и наиболее интенсивный Массообмен, т.к. контакт – и на поверхности насадки, и на поверхности пузырьков. Дальнейшее увеличение скорости газа (после точки С) приводит к режиму уноса брызг жидкости. Этот режим не применяют. Ниже точки А – точки подвисания активная поверхность меньше геометрической поверхности насадки, из-за застойных зон, а выше этой точки она даже может превосходить геометрическую поверхность.
При повышенном давлении целесообразно работать в режимах подвисания или барботажа, т.к. ∆р не играет большой роли.
При атмосферном давлении приходится довольствоваться пленочным режимом.
Достоинства насадочных колонн – простота устройства и низкий ∆р. Недостатки – трудность теплоотвода и плохая смачиваемость при низкой плотности орошения. Для проведения одинакового процесса требуются насадочные колонны большего объема, чем барботажные. Для загрязненных жидкостей используют абсорберы с «псвдоожиженным» слоем насадки.
Чем меньше флегмовое число, тем меньше орошение и тем меньшее количество жидкости надо испарить и меньшее количество пара надо сконденсировать. Значит, при R = Rmin производительность колонны максимальна, но качество разделения наихудшее. При этом диаметр колонны при заданной скорости жидкого потока минимальный. При R = ∞, т.е. когда GD = 0, максимальна (при х = хF). Рабочие линии совпадают с диагональю; высота колонны тоже минимальна.
При этом орошение и диаметр колонны максимальны, расходы теплоносителей тоже максимальны, производительность колонны минимальна, качество разделения наилучшее. Колонна работает на себя, без отбора дистиллята. От флегмового числа зависят размеры и производительность колонны и расходы теплоносителей. Капитальные затраты определяются размерами аппаратов, а эксплуатационные расходы – расходами теплоносителей и разделяемой смеси. Оптимальное флегмовое число отвечает минимуму суммарных затрат на ректификацию.