Классификация и конструкция теплообменного, реакторного, колонного и ёмкостного оборудования (стр. 6 )

Клапанные прямоточные тарелки применяют в процессах, протекающих при атмосферном и повышенном давлении, при L < 100 м3/(м2·ч) и F < 2,5 (м/с) (кг/м3) 0,5. Диапазон устойчивой работы этих тарелок 3,5.

Области применения тарелок различных типов

Таблица3

Тарелка	Диаметр, мм	Условия проведения процесса
Ситчато-клапанная		Вакуум; атмосферное давление
Ситчатая		Любое давление, стабильный режим
Клапанная	400-4000	Атмосферное и повышенное давление
Колпачковая		Любое давление, нестабильный режим
Жалюзийно-клапанная	1000-4000	Атмосферное и повышенное давление
Ситчатая многосливная	1600-4000	Высокоэффективные процессы, большие удельные нагрузки по жидкости – до 180 м3/(м2·ч)

Жалюзийно-клапанные тарелки, обладающие высокой эффективностью, имеют несколько более высокое гидравлическое сопротивление, чем ситчато-клапанные, и применяются в основном для проведения процессов под давлением, при L<130 м3/(м2·ч) и F<3,75 (м/с) (кг/м3) 0,5 . Диапазон устойчивой работы достигает 4,5. Колпачковые тарелки применяют в производствах относительно небольшой мощности, а также при небольших нагрузках по жидкости. В этих условиях тарелки обеспечивают поддержание определённого запаса жидкости в контактной зоне.

Вопросы к размышлению:

1.  На какие виды подразделяются колонные аппараты в зависимости от рабочего давления?

2.  Типы устройств колонн для контактирования пара и жидкости?

3.  Назовите основные типы насадок

4.  Способы укладки насадки в контактных аппаратах.

5.  Виды взаимодействия фаз (пленочный режим, подвисание жидкости, захлебывание колонны)

6.  Устройство тарельчатой ректификационной колонны

7.  Какие различают конструкции тарелок? (клапанные, колпачковые, ситчатые, языковык, решетчатые и др.)

8.  Принципы работы колпачковой тарелки с капсульными колпачками?

9.  Принципы работы клапанной тарелки?

10.  Принципы работы ситчатых и решетчатых тарелок?

11.  Принципы работы продольно-секционных тарелок?

12.  Выбор конструкции тарелок в зависимости от режима работы колонн.

2.2. Реакторные устройства

2.2.1. Конструктивное оформление реакционных аппаратов

Общие сведения. Конструкция реакционного аппарата определяется типом проводимого химического процесса и применяемым катализатором. Вместе с тем однотипные по конструкции аппараты могут применяться для различных процессов (например, реакторы с псевдоожиженным слоем катализатора).

Существенное влияние на конструкцию аппарата оказывают условия проведения процесса (в газовой или жидкой фазах), тепловой эффект реакции, способы поддержания заданного рабочего режима в зоне реакции и т. д.

Обычно реакционный аппарат представляет собой цилиндрический сосуд одинакового или разного диаметра, закрытый по концам днищами (крышками). Внутри корпуса размещены опорные решетки для катализатора, распределительные, направляющие и сборные устройства, теплообменные устройства, сепараторы, перемешивающие устройства и т. п. При проектировании реакционных аппаратов обычно стараются взять за основу их функциональное назначение, разделяя реакционную зону и зону регенерации катализатора, так как в этом случае непрерывность процесса можно обеспечить циркуляцией катализатора между реактором и регенератором (например, каталитический крекинг). Когда циркуляцию катализатора осуществить не удается, приходится в одном аппарате осуществлять и основную реакцию, и регенерацию катализатора или его замену. Для обеспечения непрерывности процесса необходимо иметь несколько аппаратов (например, при платформинге).

При необходимости интенсивного перемешивания кон­тактирующих сред реактор снабжают перемешивающим устройством специальной кон­струкции (например, реактор алкилирования). Иногда реактор выполняют пустотелым в виде змеевика (трубчатая печь для пиролиза углеводородов) или цилиндрического пустотелого сосуда (для коксования).

Поверхность теплообмена может быть выполнена или в виде встроенных в реактор трубных поверхностей, или в виде рубашки на наружной поверхности аппарата. В ряде случаев для подвода или отвода тепла используют смешение сырья с катализаторами или инертными теплоносителями, испарение в реакционной зоне компонентов сырья и т. д.

Рассмотрим реакционные аппараты некоторых типов, применяемые в процессах переработки углеводородного сырья.

Вопросы к размышлению:

1.  Чем определяется конструкция реакционного аппарата?

2.2.2. Реактор установки каталитического крекинга с движущимся шариковым катализатором

В реакторе происходит крекинг газойлей при 450-500 °С и давлении 0,1 МПа в присутствии гранулированного алюмосиликатного катализатора.

Внутренний диаметр корпуса реактора (рис. 28) составляет 3,9 м, высота около 16 м. Внутри корпуса 2 размещены верхнее распределительное устройство 1, реакционная зона 3, сепарационное устройство 4, зона отпарки 5 и нижнее сборно-выравнивающее устройство 6.

Реактор каталитического крекинга с шариковым катализатором

Рис. 28

I - ввод катализатора; II - вывод катализатора; III - ввод сырья; IV - вывод паров; V - ввод водяного пара; 1 - верхнее распределительное устройство; 2 - корпус; 3 - реакционная зона; 4 - сепарационное устройство; 5 - зона отпарки; 6 - нижнее сборно-выравнивающее устройство

Верхнее распределительное устройство предназначено для равномерного распределения катализатора по сечению аппарата. Оно представляет собой цилиндрическую обечайку с коническим днищем, по окружности которого закреплены распределительные трубы. Объем реакционной зоны можно изменять, увеличивая или уменьшая длину распределительных труб. В плоскости нижних концов распределительных труб устанавливается верхний уровень слоя катализатора. Сырье поступает в пространство над слоем катализатора.

В нижней части реакционной зоны находится сепарационное устройство, служащее для отделения паров продуктов реакции от катализатора. Это устройство представляет собой тарелку с переточными для катализатора и сборными для паров трубами. Тарелка сепарационного устройства лежит на опорном кольце, что дает возможность свободного расширения при нагревании. По периферии тарелка имеет уплотнение из асбестового шнура, исключающее попадание катализатора в пространство под тарелкой, минуя переточные трубы.

Из труб сепарационного устройства катализатор выходит в зону отпарки, куда подается также водяной пар, который способствует удалению легколетучих углеводородов, адсорбированных катализатором. Часть водяного пара уходит вместе с катализатором через нижнее сборно-выравнивающее устройство, образуя гидрозатвор. Для сбора катализатора и вывода его из реактора равномерно по всему сечению в нижней части реактора имеется сборно-выравнивающее устройство, которое состоит из трех ярусов воронок. Верхний ярус имеет 60 воронок, которые собирают катализатор в 16 воронок среднего яруса. Затем катализатор перетекает в 4 воронки нижнего яруса, соединенные с выводным штуцером.

Выравнивающее устройство выполняют из гнутых (см. рис. 28) или прямых труб (рис. 29). При прямых трубах уменьшается их износ, так как при изменении направления движения потока катализатора последний скользит по слою катализатора, находящемуся в карманах переточных труб. Однако в случае применения гнутых труб исключаются заторы и уменьшается износ катализатора. Угол наклона труб в верхнем и нижнем распределительном устройствах должен быть больше угла естественного откоса.

Температуру в реакторе можно поддерживать на заданном уровне, изменяя следующие три величины: температуру регенерированного катализатора, температуру сырья и кратность (скорость) циркуляции катализатора.

Схема узла сборно-выравнивающего устройства с прямыми трубами

Рис. 29

1 - карман; 2 - катализатор; 3 - воронка; 4 - переточная труба

 

Вопросы к размышлению:

1.  Какими величинами можно менять температуру в реакторе?

2.2.3. Регенератор установки каталитического крекинга с движущимся гранулированным катализатором

Регенератор (рис. 30) предназначен для выжига кокса из катализатора с целью восстановления его активности. Он представляет собой вертикальный аппарат квадратного сечения 3,5Х3,5 м высотой 24,4 м.

Регенератор каталитического крекинга с шариковым катализатором

Рис. 30

1 - воздушный коллектор; 2 - коллектор вывода отходящих газов; 3 - охлаждающий змеевик; 4 - воздухораспределительный короб; 5 - газозборный короб; 6 - колосниковая решетка; 7 - сборно-выравнивающее устройство; 8 - футеровка; 9 - корпус; 10 - верхнее распределительное устройство

По высоте аппарата имеется несколько зон (до девяти), каждая из которых включает устройство для ввода воздуха, вывода дымовых газов и охлаждающие змеевики. В верхней части регенератора имеется трубчатое распределительное устройство, а в нижней части - сборно-выравнивающее устройство, аналогичное по конструкции сборно-выравнивающему устройству реактора.

Температура внутри корпуса аппарата может достигать 700 °С. Поэтому для защиты корпуса аппарат изнутри имеет футеровку из огнеупорного кирпича толщиной 250 мм и изоляцию из листового асбеста. Это обеспечивает сравнительно невысокую температуру стенки корпуса, около 100°С. Кладка по высоте аппарата выполнена ярусами. Каждый ярус кирпичной кладки опирается на полки, приваренные к корпусу.