Эксплуатация оборудования для массообменных процессов

К числу массообменных процессов относятся: ректификация, абсорбция, адсорбция, десорбция, экстракция, сушка. Для осуществления большинства массообменных процессов используют колонные аппараты. Контакт фаз или сред в колонном аппарате осуществляется с использованием контактов массообменных устройств. Наиболее часто в качестве этих устройств используют тарелки различных конструкций или насадки. На тарелках происходят ступенчатые изменения параметров при контакте фаз, а при использовании насадок происходит непрерывное изменение параметров, в результате контактирования обменных фаз или сред.

Ректификация - процесс разделения смеси компоненты, разделенные по температуре кипения.

Ректификация осуществляется в тарельчатых или насадочных ректификационных колоннах. В результате исходная смесь, поступающая в колонну, делится на два и более компонента, отличающихся по температуре кипения. НКК отводится из верхней части колонны, а ВКК из нижней части. По степени разделения сложных смесей ректификационные колонны можно подразделить на простые и сложные.

Простые предназначены для разделения бинарных смесей, а сложные для разделения многокомпонентных смесей. В простых колоннах продукты отводят сверху и снизу, а в сложных колоннах верхние и нижние продукты получают в виде готовых продуктов, а также в виде новых фракций, отбираемых по высоте колонн с определенных тарелок. Сложные колонны работают совместно с отпарными колоннами называемыми стриппингами. Обычно это колонна малого диаметра по сравнению с основной, устанавливается рядом с основной ректификационной колонной.

Необходимые фракции, отбираемые по высоте сложной ректификационной колонны, направляются в соответствующую стриппинговую секцию и затем возвращаются обратно в колонну в виде бокового орошения. Продукты разгонки отбираются из стриппинговой колонны.

Насадочные колонны

Насадочные колонны - это, как правило, аппараты небольшого диаметра, заполненные насадки регулирующего или не регулирующего типа. Колонны диаметром до 1 метра выполняют в царговом исполнении. Насадки не регулирующего типа засыпают на удерживающих решетку в несколько слоев по высоте колонн. Они подразделяются на кольцевые и седиобразные. Регулярные насадки собраны в пакет, диаметр которого примерно равен диаметру колонны. Они подразделяются на плоскопараллельные, гофрированные, сотовые или целевые, сетчатые. Пакет насадки укладывается на опорную конструкцию, и по высоте колонны образуется несколько секций, состоящих из пакетов насадок. Недостатком насадок колонн, является плохое перераспределение жидкого по сечению аппарат – это приводит к ухудшению массообмена. Для устранения этого недостатка используют распределительные и перераспределительные устройства (распределительные тарелки, оросители, коллекторы и перераспределительные тарелки). При эксплуатации насадочной колонны возникает так же проблема с закоксовыванием насадки. Во избежание этого в колонне надо поддерживать необходимый температурный режим. Наиболее вероятно закоксовывание насадки над зоной ввода сырья. Замена закоксованной насадки - это достаточно трудоемкая операция. Поэтому нужно как можно дольше обеспечивать благоприятный режим работы колонны, чтобы снизить этот процесс. Закоксованную насадку заменить при ремонте на новую. Насадочная колонна обладает меньшим гидравлическим сопротивлением по сравнению с тарелочной, поэтому их целесообразно использовать для проведения процесса вакуумной ректификации.

Тарельчатые колонны

Для процесса ректификации тарельчатые колонны используются чаще, чем насадочные. По конструкции – это вертикальный аппарат, внутри которого смонтированы различные конструкции: устройства для ввода сырья и орошения, сепарационные устройства для разделения газо-жидкостных потоков.

Тарельчатые колонны можно разделить на простые и сложные.

Простые используются для разделения исходной смеси на два компонента или две фракции. При этом получают верхний НКК и кубовый - ВКК

При эксплуатации колонных аппаратов необходимо поддерживать температуру и давление в колонной установке. Технологический регламент в пределах температуры по высоте колонны меняется и убывает снизу вверх. Для поддержания температурного режима необходимо осуществить нагрев куба колонны и снимать тепло из верхней части колонны. Для этого можно использовать несколько методов: наиболее часто используют обогрев куба колонны за счет размещения встроенного теплообменника или же используют циркуляцию кубов: жидкость через испаритель. При этом часть кубового продукта возвращается в колонну в виде паров. Отвод тепла в верхней части колонны осуществляется, чаще всего, за счет подачи холодного острого орошения. При этом часть верхнего продукта конденсируется и охлаждается в виде орошения, возвращенного на верхнюю тарелку колонны. Нарушение температурного режима влечет за собой изменение эффективного массообмена и может привести к нарушению работы колонны в целом. Повышение температура может привести к росту давления в аппарате за счет увеличения количества паровой фазы, а это, в свою очередь, может привести к такой аварийной ситуации как разгерметизация со взрывом. Для предотвращения этого нужно постоянно следить температурой на всех участках колонны и за давлением в аппарате. При отклонении этих параметров от заданных форм необходимо принять меры для выхода колонны на нормальный режим, с использованием всех возможных методов (изменение температуры и количества сырьевого потока, изменение температуры и количества орошения и путем выравнивания количества тепла подаваемого в куб колонны, в зависимости от способа его теплообмена). Во избежание взрывоопасной ситуации, колонны, работающие под давлением, обязательно должны быть снабжены предохранительным клапаном. При подаче сырья и орошения в колонну возможен эрозийный износ корпуса и внутренних устройств. Чтобы избежать этого устанавливают предохранительные пластины в карманах для ввода жидкого сырья или орошения. Для ввода парожидкостного сырья предусматривают устройства для равномерного распределения потока по сечению колонны. Это будут одно- или двухпоточные улиты. Для защиты корпуса от эрозии в этом случае предусмотрена установка защитной гильзы для предотвращения изнашиваемости штуцеров.