15. Принципиальные схемы ректификационных колонн. Конденсационные колонны.

Для повышения холодильного коэффициента и уменьшения расхода охлаждающей воды между генератором и абсорбером устанавливают ТА, в качестве генератора или ректификационная установка.

Применяется переохлаждение жидкого аммиака.

генератор; конденсатор; вентиль; испаритель; абсорбер; перепускной вентиль; насос; теплообменник; дефлегматор.

В теплообменнике происходит передача тепла от горячего слабого раствора, выходящего из генератора, к холодному крепкому раствору из абсорбера. Благодаря этому крепкий раствор поступает в генератор подогретым. В результате уменьшаются затраты тепла в генераторе. Слабый раствор охлаждается, следовательно, уменьшается количество тепла, отводимого из абсорбера.

В генераторе при кипении выделяется не только аммиак, но и водяной пар. При низких температурах крепкого раствора содержание водяных паров мало. Но по мере обеднение раствора и повышения его температуры количество водяных паров становится значительнее. Так при давлении 10 ата=1 МПа и температуре 1200С концентрация аммиака 82% и 18% паров воды. Эти водяные пары конденсируются и превращаются в воду, следовательно, жидкость испаряется в испарителе при уменьшенном давлении. В конденсаторе и испарителе вода из водяного пара, имея низкую температуру, начинает поглощать пары аммиака, следовательно, уменьшается количество жидкого аммиака, производящего холод. Также при поглощении выделяется тепло, которое также уменьшает холодопроизводительность установки. Т.о. для борьбы с этими явлениями и для повышения холодопроизводительности применяется ректификация паров. Для чего на встречу выходящей из генератора паровой смеси направляют богатый аммиаком раствор. Между ними происходит тепломассообмен. В процессе тепломассообмена пары аммиака обогащаются летучим компонентом, а раствор не летучим, т.е. водой. В таких установках содержание водяного пара может достигать в парах, поступающих в конденсатор, величину менее 1%.

Ректификация абсорбционной холодильной установки осуществляется различными способами. Например, при помощи холодного раствора до его поступления в теплообменник или с помощью дефлегматора, охлаждающегося водой. Кроме того, до поступления паров в дефлегматор концентрация аммиака в парах в колонне значительно повышается. При этом колонна составляет одно конструктивное целое с генератором.

В ректификационной колонне процесс ректификации пара, уходящего из генератора в конденсатор, осуществляется за счёт соприкосновения его с крепким раствором из теплообменника и обогащённой аммиаком флегмой, поступающей из дефлегматора. Обогащение флегмы происходит вследствие частичной его конденсации в дефлегматоре с помощью охлаждающей воды или крепким раствором. Недостатком использования охлаждающей воды является увеличение расхода греющего пара в генераторе.

16. Принципиальные схемы ректификационных колонн. Отгонные колонны.

17. Аппараты с двукратной ректификацией.

18. Аппараты с двукратной ректификацией для помещений с ограничением по высоте.

19. аппараты с промежуточным отбором вещества.

20. Типы и конструкции тарелок ректификационных колонн.

Тарельчатые колпачковые колонны (рис. а) наиболее часто применяют в ректификационных установках. Конструктивная схема устройства колпачка и обозначения основных размеров приведены на рис. а.

Пары с предыдущей тарелки попадают в паровые патрубки колпачков и барботируют через слой жидкости, в которую частично погружены колпачки. Колпачки имеют отверстия или зубчатые прорези, расчленяющие пар на мелкие струйки для увеличения поверхности соприкосновения его с жидкостью. Переливные трубки служат для подвода и отвода жидкости и регулирования ее уровня на тарелке. Основной областью массообмена и теплообмена между парами и жидкостью, как показали исследования, является слой пены и брызг над тарелкой, создающийся в результате барботажа пара. Высота этого слоя зависит от размеров колпачков, глубины их погружения, скорости пара, толщины слоя жидкости на тарелке, физических свойств жидкости и др. Расчет основных размеров колпачков и некоторые рекомендации изложены в методике расчета тарельчатых колпачковых колонн.

Следует отметить, что, кроме колпачковых тарелок, применяют также клапанные, желобчатые, S-образные, чешуйчатые, провальные и другие конструкции тарелок. В расчетах необходимо учитывать особенности конструкций тарелок.

Клапанные тарелки (рис. 6) показали высокую эффективность при значительных интервалах нагрузок благодаря возможности саморегулирования. В зависимости от нагрузки клапан перемещается вертикально, изменяя площадь живого сечения для прохода пара, причем максимальное сечение определяется высотой устройства, ограничивающего подъем. Площадь живого сечения отверстий для пара составляет 10—15% площади сечения колонны. Скорость пара достигает 1,2 м/с. Клапаны изготовляют в виде пластин круглого или прямоугольного сечения с верхним (рис. б) или нижним (рис. в) ограничителем подъема.

Тарелки, собранные из S-образных элементов, обеспечивают движение пара и жидкости в одном направлении, способствуя выравниванию концентрации жидкости на тарелке. Площадь живого сечения тарелки составляет 12—20% от площади сечения колонны. Коробчатое поперечное сечение элемента создает значительную жесткость, позволяющую устанавливать его на опорное кольцо без промежуточных опор в колоннах диаметром до 4,5 м.

Чешуйчатые тарелки подают пар в направлении потока жидкости. Они работают наиболее эффективно при струйном режиме, возникающем при скорости пара в чешуях свыше 12 м/с. Площадь живого сечения составляет 10% площади сечения колонны. Чешуи бывают арочными и лепестковыми; их располагают на тарелке в шахматном порядке. Простота конструкции, эффективность и большая производительность — преимущества этих тарелок.

Пластинчатые тарелки собраны из отдельных пластин, расположенных под углом 4—9° к горизонтам. В зазорах между пластинами проходит пар со скоростью 20 — 50 м/с. Над пластинами установлены отбойные щитки, уменьшающие брызгоунос. Эти тарелки отличаются большой производительностью, малым сопротивлением и простотой конструкции.

К провальным относят тарелки решетчатые, колосниковые, трубчатые, ситчатые (плоские или волнистые без сливных устройств). Площадь живого сечения тарелок изменяется в пределах 15—30%. Жидкость и пар проходят попеременно через каждое отверстие в зависимости от соотношения их напоров. Тарелки имеют малое сопротивление, высокий к. п. д., работают при значительных нагрузках и отличаются простотой конструкции.

Прямоточные тарелки обеспечивают длительное контактирование пленки жидкости с паром, движущимся со скоростью 14— 45 м/с. Площадь живого сечения тарелки достигает 30%.

21. Аппараты для очистки от механических примесей.

22. Очистка газовых смесей от СО₂. Аппарат с горизонтальными барабанами.

23. Конструкции аппаратов для очистки от СО­₂. Аппарат с горизонтальными барабанами.

24. Вертикальные декарбонизаторы.

25. Скруберные установки.

26. Очистка газа от СО­₂ с помощью раствора моноэтаноламина.

В настоящее время в промышленной практике применяются в основном три метода очистки газа от СО2: водная, щелочная (NаОН или Nа2СОз) и моноэтаноламиновая.

Очистка газа водой осуществляется под давлением 12-30 атм и при этом степень очистки не превышает 80%. Метод требует больших расходов электроэнергии. Очистка газа щелочью является дорогостоящей операцией и поэтому применяется лишь для поглощения малых концентраций СО2. Наиболее совершенной является моноэтаноламиновая очистка, которая находит все более широкое применение.

Исследовали следующие методы: поглощение СО2 водноаммиачным раствором с одновременным полученим углеаммонийных солей; поглощение СО2 суспензией СаSO4 в аммиачной воде с одновременным получением сульфата аммония; поглощение СО2 раствором гидросульфида кальция с выделением в газовую фазу сероводорода; интенсификация процесса очистки газа от СО2 раствором моноэтаноламина в ротационных аппаратах, совместное поглощение СO2, Н2 и других кислых компонентов из коксового газа торфоаммиачным поглотителем в аппаратах с кипящим слоем. В первых двух случаях продукты очистки - углеаммонийные соли и сульфат аммония - являются удобрениями для сельского хозяйства. Третий метод является одной из стадий процесса синтеза тиомочевины. В последнем методе получается комбинированное органоминеральное удобрение.

Комбинирование процесса очистки газов от СО2 с получением углеаммонийных солей.

В настоящее время назрела необходимость в рационализации метода очистки синтез-газа от СО2. Сущность предлагаемого метода заключается в комбинировании процессов очистки азотоводородной смеси от СО2 с получением углеаммонийных солей. В этом случае поглощение СO2 из газа осуществляется водным раствором аммиака (или совместное поглощение NНз и СО2 водой) до компрессии газа.

По этому методу около 50% аммиака, производимого в системе, связывается с углекислотой, образуя углеаммонийные соли, а оставшиеся 50% NНз используются в качестве жидкого удобрения (в виде чистого аммиака или его водного раствора). Таким образом, получается короткая схема производства связанного азота. Еще более рационально совместить процесс синтеза аммиака с очисткой газа от СО2 и с производством мочевины. В этом случае вся продукция может быть получена в виде мочевино-углеаммонийных удобрений.

Поглощение СО2 водноаммиачной суспензией гипса с получением сульфата аммония. Одним из рациональных методов очистки азотоводородной смеси от СО2 является совмещение этого процесса с конверсией СаSO4 в сульфат аммония. Перспективность этого метода в том, что наряду с улавливанием СО2 из газа вырабатывается ценное удобрение без затрат на него дефицитной серной кислоты.

Так как конверсия гипса и абсорбция СО2 в обычных условиях протекает медленно, то для интенсификации этих процессов применены горизонтальные аппараты ротационного типа, в которых обеспечивалось интенсивное перемешивание газовой и жидкой фаз. По своей конструкции эти аппараты аналогичны механическим абсорберам с большим числом оборотов.

При осуществлении этого процесса в условиях высокотурбулентного режима при 30-35° С и атмосферном давлении можно осуществить практически полное поглощение СO2 из газа.

Абсорбция СО2 раствором гидросульфида кальция в условиях высокотурбулентного режима. В некоторых производствах (синтез тиомочевины и др.) в качестве побочного продукта (или отхода производства) получается гидросульфид кальция, который может быть использован, как эффективный поглотитель углекислого газа с одновременным выделением в газовую фазу сероводорода

Са (НS)2 + СО2 + Н2О = СаСОз + 2Н2S.

Полученный таким образом сероводород может быть использован для получения тиомочевины, серной кислоты, элементарной серы и других ценных продуктов.

Интенсификация абсорбции СО2 раствором моноэтаноламина в механических абсорберах. Поглощение СО2 из газов моноэтаноламином нашло широкое применение в технике. Этим путем осуществляется получение чистого СО2, или очистка технологических газов от СO2, или сочетание того и другого.

С целью интенсификации процесса абсорбции СО2 раствором моноэтаноламина насадочные аппараты заменялись горизонтальными механическими абсорберами с большим числом оборотов.

В условиях высокотурбулентного режима, создаваемого в механических абсорберах, скорость абсорбции CO2 раствором моноэтаноламина резко возрастает.

Совмещение процесса очистки азотоводородной смеси от СО2 с получением аммиачной селитры. Помимо непосредственного получения и применения углеаммонийных солей процесс очистки азотоводородной смеси от СО2 может быть совмещен с получением аммиачной селитры и чистого CO2.

Образование аммиачной селитры протекает при взаимодействии углеаммонийных солей с азотной кислотой по уравнениям

NH4НСО3 + НNОз = NH4NO3 + Н2О + СО2;

(NH4)2 СОз + 2 HNO3 = 2 NH4 NO3 + 2H2O + СО2.

Выделяющаяся по этой реакции углекислота может быть применена для синтеза мочевины и других технологических целей, а аммиачная селитра - в виде жидких удобрений, или в виде твердой соли после выпарки и грануляции.

Помимо указанных здесь методов разработан способ комплексной очистки коксового газа от H2S, СО2 и других кислых компонентов торфощелочным поглотителем в аппаратах с кипящим слоем. Этот процесс осуществляется непрерывно и одностадийно в одном аппарате.