Факты у вас под рукой: лотки для перегонки и упаковка

Jul 09, 2023

1 марта 2020 г. | Скотт Дженкинс

В промышленных дистилляционных колоннах используются тарелки или насадки для обеспечения контакта пара и жидкости при разделении компонентов жидких смесей до желаемой чистоты. Примерно половина колонн оснащена лотками по всему миру, а другая половина содержит насадки. В этом одностраничном справочнике рассматриваются различия между ними и ситуации процесса, которые подходят для того или иного варианта.

Когда жидкая смесь нагревается в промышленной дистилляционной колонне, образующийся пар более сконцентрирован в материале с более низкой температурой кипения (более летучем), в то время как жидкость более сконцентрирована в материале с более высокой температурой кипения. Используя этот принцип, дистилляционные колонны могут разделять компоненты смесей. Стопки металлических лотков, ориентированных горизонтально внутри колонны, предназначены для удержания жидкости, в то время как поднимающийся пар течет вверх. Тарелки имеют отверстия, позволяющие пару течь вверх через колонну, а также каналы (спускные стаканы), позволяющие конденсированной жидкости течь вниз (рисунок). Лоток предназначен для обеспечения тесного контакта между движущимся вверх паром и движущейся вниз жидкостью. Каждая тарелка осуществляет часть разделения, прежде чем пар и жидкость перейдут на следующую тарелку в колонне, пока не будут достигнуты желаемые концентрации (чистота). Распространенные типы тарелок включают тарелки с пузырьковыми крышками, тарелки с клапанами и ситчатые тарелки.

Вместо стопки отдельных тарелок, обеспечивающих контакт пар-жидкость, дистилляционные колонны облегчают контакт жидкость-пар, заполняя внутреннюю часть колонны насадочными материалами, предназначенными для обеспечения большой площади поверхности на единицу объема. Когда жидкая фаза протекает через колонну, пар и жидкость находятся в постоянном контакте на поверхностях металлической, керамической или пластиковой насадки. Упакованные башни обычно имеют одну из двух форм: случайную упаковку и структурированную упаковку. Случайная насадка состоит из небольших блоков большой площади поверхности, которые сбрасывают в колонну и оставляют осесть. Структурированная упаковка изготавливается из гофрированных листов перфорированного металла, пластика или проволочной сетки и фиксируется на месте. Структурированная насадка разработана с высоким соотношением площади поверхности к объему и обеспечивает максимальное растекание жидкости. В то же время они стараются поддерживать низкое сопротивление потоку. Как для башен с произвольной насадкой, так и для башен со структурированной насадкой требуются распределители жидкости в верхней части колонны и опорные пластины насадки в нижней части колонны.

Тареточные и насадочные колонки имеют ключевые преимущества и недостатки, в том числе следующие:

Падение давления. По сравнению с лотками самым большим преимуществом набивок является меньший перепад давления. Это особенно справедливо для колонн, работающих при давлении ниже атмосферного. Обычно падение давления на слое структурированной насадки составляет примерно одну шестую от падения давления на стопке лотков, имеющих одинаковую общую высоту.

Высокое давление. Существуют ситуации, когда упаковка менее применима, например, в дистилляционных колоннах высокого давления, где используются чистые продукты. Тарелки работают лучше в тех случаях и гораздо более предсказуемо в таких колоннах, где объемное соотношение жидкости и пара высокое.

Загрязнение. Загрязнение является проблемой для всех типов колонок. Детали лотков могут засориться и потерять способность пропускать жидкость или пар. Из-за уплотнений распределители жидкости могут засориться, что сделает распределение неоптимальным. Структурированные насадки гораздо более склонны к загрязнению, чем случайные насадки, поскольку металлические листы структурированных насадок расположены близко друг к другу.

Обновления. Со временем компании-поставщики, разрабатывающие новую геометрию лотков и упаковки, улучшили характеристики своей продукции. Новые поколения тарелок, случайных насадок и структурированных насадок иногда позволяли существенно улучшить характеристики колонн при относительно простой модернизации колонн. Если лотки заменяют набивку, это обычно происходит потому, что ее характеристики неудовлетворительны. Когда насадка заменяет лотки, это обычно делается для снижения перепадов давления.