Кольца Рашига: эффективность при использовании в колонных абсорберах
Насадки керамические кольца Рашига предназначены для теплообменного, массообменного, современного высокоэффективного сепарационного и ректификационного оборудования предприятий химической и нефтеперерабатывающей промышленности. Кислотоупорное изделие представляет собой тонкостенное цилиндрическое с наружным диаметром, равным высоте кольца. Диаметр колец варьируется от 15 до 150 миллиметров.
Кольца Рашига изготавливают из керамики (фарфоровые, полуфарфоровые), углеграфита, значительно менее востребованы стальные (или из иных металлов) кольца Рашинга. Насадки помещаются абсорбер, и при прохождении газов или других сред непосредственно на их поверхности происходит абсорбция.
Сложность выбора кольца Рашига заключается в том, что необходимо точно знать допустимую скорость газа и производительность абсорбера: чем больше диаметр кольца, тем выше скорость среды, одновременно снижается гидравлическое сопротивление насадки.
Кольцо Рашига для эффективного осуществления процесса абсорбции должно отвечать определенным требованиям: во-первых, обладать большой удельной площадью поверхности; во-вторых, должен присутствовать достаточно большой свободный объем; в-третьих, удельная масса не должна превышать определенных показателей; в-четвертых, быть дешевым; в-пятых, обладать большой стойкость к механическим воздействиям.
Большинству из этих критериев кольца Рашига отвечают: благодаря низкой массе они производят минимальное давление на конструкцию насадки, обеспечивают низкий уровень сопротивления газовому потоку, благодаря форме жидкость по их поверхности распределяется равномерно. Кроме того, материал, из которого изготовлены кольца, крайне устойчив к агрессивным средам, с которыми им приходится взаимодействовать (чаще всего это щелочные и кислотные среды).
Кольца Рашига бывают двух типов: беспорядочно уложенные в колонну, засыпанные самым беспорядочным образом (то есть навалом); и кольца с перегородками, уложенные в определенном порядке.
Требования к изделиям регулируются ГОСТ-ом 17612-89, в котором точно указываются численные значения таких свойств, как количество теплосмен, кислотостойкость, надежность, прочность и другие, а также установлено, из каких материалов кольца Рашига могут быть изготовлены. В настоящее время ведутся изыскательские работы, направленные на то, чтобы вместо керамики и металла использовался пластик.
Кольца рашига что это такое
Кольца Рашига – керамические насадки, нашедшие широкое применение в современной в промышленности. Работают насадки следующим образом: на поверхности насадок происходит абсорбция, когда их помещают в абсорбер. Керамические насадки для эффективной абсорбции должны отвечать ряду специфических требований: они должны иметь высокую удельную поверхность, а также значительный свободный объем, а также обладать незначительным удельным весом для того, чтобы производить минимальное давление на поддерживающие конструкции, оказывать незначительное сопротивление газовому потоку, эффективно распределять по поверхности жидкость и характеризоваться отличной коррозионной стойкостью к тем средам, в которых они будут находиться (чаще всего речь идет о кислотных и щелочных средах).
Кольца Рашига (насадки керамические) предназначаются для массообменного, теплообменного, а также современного высокоэффективного ректификационного и сепарационного промышленного оборудования (химическая и нефтеперерабатывающая промышленность).
Насадки могут быть двух основных видов: беспорядочные (засыпаемые общей массой) и регулярные (помещенные в аппаратуру особым образом). К последней группе следует отнести хордовые, блочные и кольцевые насадки. Кольца Рашига относятся к числу подтипов кольцевых насадок. Кольцо Рашига представляет собою цилиндрическое тонкостенное кольцо, имеющее наружный диаметр, равняющийся высоте кольца. Диаметр насадочных колец варьируется от 25 миллиметров до 150 миллиметров. Кольца Рашига могут быть керамические (подразделяются на фарфоровые, шамотные и полуфарфоровые), углеграфитовые, реже – из стали или иных металлов.
В перспективе весьма вероятно появление колец из пластических масс. В зависимости от материала могут меняться следующие свойства: кислотостойкость, количество теплосмен и надежность, численные значения которых регулируются по ГОСТ 17612-89. В настоящее время кольца Рашига нередко заменяются седловидными насадками Инталокс, которые, однако, стоят несколько дороже.
Автор: ckccorps
Количество статей, опубликованных этим автором: 6. Более полная информация об авторе будет доступна позже.
Насадки кислотоупорные керамические
Изделия кислотоупорные керамические (насадки цилиндрические – кольца Рашига) ГОСТ 17612-89
Предназначены для заполнения насадочных колонн и другой тепломассообменной аппаратуры, работающей при температуре от 273К (0°С) до 393К (120°С) для кислых сред, и от 273К(0°С) до 303К (30°С) для щелочных. Используются с целью перемешивания, перераспределения и увеличения поверхности контакта жидкой и газовой фаз.
| Диаметр, мм | Вес 1 шт., кг | Плотность, кг/м3, рядами | Плотность, кг/м3, насыпью | Удельная поверхность, м2/ м3, рядами | Удельная поверхность, м2/ м3, насыпью | Свободный объем, м3/м3, рядами | Свободный объем, м3/м3, насыпью |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 15 | 0,0042 | 1161 | 904 | 387 | 256 | 0,52 | 0,62 |
| 25 | 0,013 | 890 | 596 | 245 | 186 | 0,67 | 0,75 |
| 35 | 0,025 | 785 | 580 | 245 | 176 | 0,75 | 0,75 |
| 50 | 0,085 | 692 | 552 | 121 | 93 | 0,73 | 0,79 |
| 80 | 0,330 | 688 | 536 | 68 | 58 | 0,75 | 0,79 |
| 100 | 0,690 | 644 | 509 | 59 | 47 | 0,73 | 0,73 |
| 120 | 1,170 | 562 | — | 43 | — | 0,77 | 0,77 |
| 150 | 2,250 | 494 | — | 30 | — | 0,79 | 0,79 |
Седловидные насадки ИНТАЛОКС класса А, марки 1 ГОСТ 17612-89
Предназначены для заполнения насадочных колонн и другой тепломассообменной аппаратуры, работающей при температуре от 273К (0°С) до 393К (120°С) для кислых сред, и от 273К(0°С) до 303К (30°С) для щелочных. Используются с целью перемешивания, перераспределения и увеличения поверхности контакта жидкой и газовой фаз.
| Диаметр, мм | Плотность, кг/м3 | Удельная поверхность, м2/м3 | Свободный объем, м3/м3 |
|---|---|---|---|
| 37 | 582 | 133 | 0,77 |
| 50 | 550 | 106 | 0,81 |
| 75 | 520 | 76 | 0,81 |
Механические и физико-химические показатели:
| Наименование показателя | Значение |
|---|---|
| 1. Водопоглощение. %, не более | 0,05 |
| 2. Кислотостойкость, %, не менее | 99,0 |
| 3. Щелочестойкость, %, не менее | 55,0 |
| 4. Термическая стойкость, кол-во теплосмен не менее | 8 |
| 5. Предел прочности при сжатии МПа (кгс/см2) не менее | 150 (1500) |
Изделия кислотоупорные керамические (кольца Паля)
Керамические кольца Паля являются более высокоэффективными, по сравнению с кольцами Рашига. Благодаря своей конструкции они обеспечивают высокую производительность.
Предназначены для заполнения насадочных колонн и другой тепломассообменной аппаратуры, работающей при температуре от 273К (0°С) до 393К (120°С) для кислых сред, и от 273К(0°С) до 303К (30°С) для щелочных. Используются с целью перемешивания, перераспределения и увеличения поверхности контакта жидкой и газовой фаз.
| Размер | Плотность, кг/м3 | Шт/м3 | Удельная поверхность, м2/м3 | Свободный объем, % |
|---|---|---|---|---|
| 25*25*3 | 600 | 50000 | 220 | 75 |
| 38*38*4 | 540 | 13400 | 150 | 78 |
| 50*50*5 | 555 | 6400 | 120 | 78 |
| 80*80*8 | 520 | 1500 | 75 | 80 |
Керамическое каскадное мини кольцо
Пониженное падение давления возникает благодаря тому, что наибольший диаметр кольца в основном расположен в направление потока пара/жидкости, что обеспечивает легкую проходимость. Данное условие значительно снижает падение давления.
Увеличенная мощность установки является прямым результатом снижения падения давления, обеспечиваемого кольцами, так как оно приводит к отдалению момента критического падения давления, при котором происходит затопление. Эффект обеспечивает дополнительные возможности для управления паром/жидкостью и, тем самым, увеличивает мощность установки.
Улучшенное сопротивление загрязнению является результатом прямого расположения колец (наибольшее отверстие в направлении потока), так как многие твердые частицы, попадающие в насадку легче удаляются через матрицу.
Улучшенная производительность обеспечивается предпочтительным размещением оборудования, которое предусматривает вертикальное расположение насадок, что также является преимуществом для массообмена. Высокая производительность зависит от площади доступной поверхности для намокания. Обратная сторона любой горизонтальной поверхности насадки или колонны защищается от стекания жидкостей и, таки образом, не полностью намокает. Такие поверхности частично или полностью не участвуют в процессе массообмена. Насадка значительно снижает данный эффект и, таким образом, обеспечивает большую производительность установки.
СОДЕРЖАНИЕ
Использовать
Они образуют так называемую случайную насадку и позволяют Рашигу выполнять дистилляцию с гораздо большей эффективностью, чем его конкуренты, используя колонны фракционной перегонки с тарелками.
Они также используются для устройств, в которых газ и жидкость контактируют с целью абсорбции газа, отгонки или химической реакции, а также в качестве подложки для биопленок в биологических реакторах.
Разработки
Учитывая успех кольца Рашига, были разработаны другие формы, чтобы либо улучшить его, либо избежать патентования на определенные конструкции.
Кольцо Pall
Кольцо Палла пытается улучшить полезные свойства набивки, увеличивая количество кромок для нарушения потока, одновременно уменьшая объем, занимаемый самой средой набивки кольца. Вместо того, чтобы использовать трубку со сплошными стенками, кольцо Палла напоминает структуру открытой корзины из тонких стержней. Они образуют как трубу, так и радиальную конструкцию из поперечин. Кольца Палла могут быть отформованы под давлением из пластмассы, керамики или штампованы из металлического листа.
Супер кольцо
«Супер кольцо» Рашига представляет собой дальнейшее развитие той же концепции, что и кольцо Pall. Он оптимизирует создание турбулентных потоков пленочного типа и предотвращает образование капель. «Кольца» больше не напоминают кольца, а спрессованы из металлического листа в виде волнообразных узких полос. Супер кольца появились в 1995 году и с тех пор были усовершенствованы несколькими поколениями.
Бялецкое кольцо
Кольца рашига что это такое
Насадки, применяемые для заполнения насадочных абсорберов, должны обладать большой удельной поверхностью (поверхность на единицу объема) и большим свободным объемом. Кроме того, насадка должна оказывать малое сопротивление газовому потоку, хорошо распределять жидкость и обладать коррозионной стойкостью в соответствующих средах. Для уменьшения давления на поддерживающее устройство и стенки насадка должна иметь малый объемный вес. Применяемые в абсорберах насадки можно подразделить на два типа: регулярные (правильно уложенные) и беспорядочные (засыпаемые внавал) насадки. К регулярным относятся хордовая, кольцевая (при правильной укладке) и блочная насадки.
К беспорядочным относятся кольцевая (при загрузке внавал), седлообразная и кусковая насадки. Кроме того, используют специальные типы насадок, которые могут быть регулярными и беспорядочными.
Хордовая насадка. Эта насадка (рис. 6) состоит из поставленных на ребро досок 2, образующих решетку. Решетки укладываются друг на друга, так что в смежных решетках доски повернуты на угол 90 (иногда 45). Наиболее распространена деревянная хордовая насадка, изготовляемая из досок толщиной 10-13 мм и высотой 100-150 мм. В нижней части досок через каждые 200-250 мм делают треугольные вырезы, разрывающие стекающую жидкость и не допускающие ее стекания в одну сторону при перекосе насадки. Нижнюю часть досок, которой расположены эти вырезы, часто срезают под углом, как показано на рис. 6.
Рис. 6 Деревянная хордовая насадка:
а – устройство насадки; б,в – схемы расположения решеток;
1 – рейки; 2 – доски; 3 – штыри; 4 – прокладки.
Кольцевая насадка. Насадочные тела представляют собой цилиндрические тонкостенные кольца, наружный диаметр которых обычно равен высоте кольца. Диаметр насадочных колец изменяется от 25 до 150 мм (кольца меньшего диаметра почти не находят применения в промышленной практике). Кольца малого диаметра (до 50 мм) загружают в абсорбер навалом (рис. 7,а). При диаметре больше 50 мм кольца укладывают правильными рядами; при этом во избежание провала жидкости кольца укладывают в шахматном порядке, т.е. кольца каждого ряда сдвинуты относительно колец смежного ряда (рис. 7,б).
Рис. 7 Насадка кольцами:
а – внавал; б – в укладку.
Насадочные кольца изготавливают чаще всего из керамики или фарфора, в некоторых случаях из углеграфитовых масс. Применяют также тонкостенные металлические кольца из стали или других металлов. Стальные кольца, изготовленные путем разрезания стандартных труб, имеют большую толщины стенки; такая насадка обладает значительным объемным весом. Перспективно применение колец из пластических масс. Кольца Рашига (рис. 8,а) представляют собой простые кольца без дополнительных устройств. Эти кольца наиболее дешевы и просты в изготовлении; они хорошо зарекомендовали себя на практике и являются самым употребительным видом насадок.
Находят применение, особенно в зарубежной практике, и некоторые другие виды кольцевых насадок. Для увеличения поверхности применяют показанные на рис. 8,б кольца с перегородкой (кольца Лессинга), кольца с крестообразной перегородкой (рис. 8,в) и спиральные кольца, имеющие внутри одну, две и три спирали. При регулярной укладке кольца с крестообразной перегородкой и спиральные применяют размером 75 мм и более. Эти кольца сложны в изготовлении, дороги и обладают малым свободным объемом. Испытания показали невысокую эффективность спиральных колец по сравнению с кольцами Рашига. В настоящее время данные кольца практически вышли из употребления.
Рис. 8 Насадочные тела:
а – кольца Рашига; б – кольца с перегородкой; в – кольца с крестообразной перегородкой;
г – кольца Палля; седла Берли; е – седла “Инталокс”.
Иногда для увеличения поверхности применяют наружное рифление поверхности колец. Исследования рифленых колец не показали их преимущество по сравнению с обычными; это можно объяснить тем, что жидкость течет в основном по желобкам между соседними рифлениями, и поверхность таких колец смачивается хуже, чем у обычных.В ФРГ предложены кольца с прободенными стенками (кольца Палля), показанные на рис. 8,г. Эти кольца предназначены в основном для засыпки внавал, и, по литературным данным, обладают меньшим гидравлическим сопротивлением и несколько большей эффективностью по сравнению с кольцами Рашига. Проведенные нами испытания колец Палля в основном подтвердили это, но указанные преимущества нельзя считать весьма существенными, если учесть большую стоимость и сложность изготовления колец Палля. В Росси и США эти кольца изготавливают из стали и пластических масс.
Седлообразная насадка. Эта насадка применяется для беспорядочной засыпки. На рис. 8,д показаны седла Берля, а на рис. 8,е седла «Инталокс». Поверхность первых представляет собой гиперболический параболоид, а вторых часть тора. Седла «Инталокс» проще в изготовлении. Седлообразная насадка при одинаковых размерах насадочных тел имеет по сравнению с кольцами Рашига примерно на 25% большую удельную поверхность и несколько больший свободный объем.По литературным данным, седлообразная насадка обладает меньшим гидравлическим сопротивлением и насколько большей эффективностью, чем кольца Рашига. Вероятно, седла Берля лучше смачиваются, чем кольца Рашига. Седла «Инталокс» по сравнению с седлами Берля обеспечивают большую беспорядочность насадки и не создают предпочтительных путей (каналов) для протекания жидкости. Кроме того, удельная поверхность и свободный объем у седел «Инталокс» выше, чем у седла Берля. Из двух видов седлообразной насадки предпочтение следует отдать, по-видимому, седлам «Инталокс», изготавливаемым и в СССР.
Блочная насадка. Эта насадка используется в качестве регулярной и состоит из отдельных элементов большого размера (блоков). На рис. 9 показаны некоторые типы блочной керамической насадки, разработанной в СССР и США. Блоки по рис. 9,а и б должны иметь «ножки» с тем, чтобы между рядами насадки оставался зазор 10-20 мм; при этом гидравлическое сопротивление уменьшается, а коэффициент массопередачи повышается. Преимуществом блочной насадки перед другими регулярными насадками (в частности, кольцами в укладку) является значительное упрощение работ по укладке насадки в абсорбер, которые, особенно при очень крупной насадке (кольца размером 50-80 мм), весьма трудоемки. По своим качествам блочная насадка не уступает другим видам регулярных насадок. Хотя в настоящее время блочные насадки не имеют широкого промышленного применения, их следует считать перспективным видом насадок. При массовом изготовлении блочные насадки должны стоить дешевле колец Рашига.
Рис. 9 Блочные насадки:
а – щелевые блоки; б – решетчатые блоки; в – сотовые блоки.
Специальные насадки. Испытана насадка из вертикальных проволочных спиралей диаметром 30 мм (диаметр проволоки 3 мм) и расстоянием между ними 50 мм. Орошение подается отдельно на каждую спираль. Насадка обладает большим свободным объемом (е=0,96) и малым сопротивлением.
Были предложены различные металлические сетчатые насадки, отличающиеся высокой эффективностью. Недостатками этих насадок являются легкая забиваемость и малые допустимые скорости газа. Последний недостаток устранен в насадке «Спрейпак», показанной на рис. 10,б. Насадка изготовляется из металлической полосы толщиной 0,5-1 мм нанесением в шахматном порядке прорезей и последующим растягиванием полосы в направлении, перпендикулярном прорезям; при этом прорези расширяются, и полоса принимает вид решетки. Решетка может быть выполнена также путем прессования на специальном прессе. Насадка собирается из изогнутых решетчатых элементов, соединяемых стержнями (см. рис. 10,б).
Рис. 10 Специальные насадки:
а – розетка Теллера; б – насадка – “Спрейпак”
В табл. 1 приведена характеристика некоторых видов насадок.
