Ingineria Echipamentelor Antipoluante

1. INTRODUCERE

În industria petrolieră prelucrătoare, chimică şi petrochimică, precum şi alte industrii, se întâlnesc aparate tehnologice care, prin forma şi dimensiune, intră în categoria aparatelor de tip coloană, aparate cu raport relativ mare între înălţime şi diametru.

Conceptul de aparat de tip coloană, în general, este asociat cu cel de transfer de substanţă sau de masă.

Alegerea principiului funcţional pentru realizarea procesului fizic sau fizico-chimic cerut, ca şi calculul şi construcţia aparatelor de tip coloana au un pronunţat aspect tehnico-economic. Dacă se ţine seama de faptul că procesul de separare din coloana este determinat de caracteristicile fizice ale substanţelor prelucrate, de mărimi caracteristice procesului fizic sau fizico-chimic şi de construcţia amenajărilor interioare coloanei, devine evidentă importanţa calcului şi construcţiei optime a coloanelor.

Calculul complet al unui aparat de tip coloană include dimensionarea tehnologică şi dimensionarea mecanică, ambele fiind interdependente. Pentru a asigura durata necesară realizării procesului urmărit, coloana trebuie să aibă o anumită înălţime şi un anumit diametru tehnologic. Constructiv, aparatele de tip coloană se caracterizează printr-un simplex dimensional H/Dit relativ mare, unde H este înălţimea gabaritică a aparatului (mm) şi Dit este diametrul interior tehnologic.

Forma aparatelor de tip coloană este, în general, cilindrică şi în ansamblul său, aparatul de tip coloană se compune din corp şi amenajările interioare şi exterioare corespunzătoare. Amenajările interioare corespunzătoare au forme şi funcţii diferite, concordante cu tipul procesului tehnologic. Amenajările exterioare permit executarea operaţiilor de exploatare şi întreţinere curentă, montarea sau demontarea, supravegherea tehnică în condiţii sigure de securitate şi protecţie a muncii.

Aparatele de tip coloană nu sunt totdeauna structuri statice, fără elemente în mişcare.

S-au construit coloane cu dispozitive de antrenare a fazelor sau cu dispozitive de amestecare. Aceste aparate nu ating însă înălţimi mai mari aşa cum întâlnim în cazul de faţă.

Se consideră ca fiind aparatele de tip coloană, toate aparatele tehnologice cilindrice verticale care îndeplinesc una din următoarele două condiţii: Ht/Dit > 5 dacă Ht < 10 m, respectiv Ht/Dit = oarecare Ht > 10 m, în care Ht este înălţimea gabaritică a aparatului şi Dit este diametrul interior tehnologic al aparatului.

Aparatele ca tip coloană pot avea diferite coloane, cum ar fi:

- coloane cu umplutură;

- coloane cu talere;

- coloane cu rafturi şi cu şicane;

- coloane cu sisteme de injectare a vaporilor prin lichid sau de ejectare a lichidului;

- coloane cu elemente tubulare;

- coloane cu elemente rotative.

Coloanele cu umplutură se utilizează îndeosebi la prelucrarea substanţelor agresive sau de mare viscozitate, ca şi atunci când sunt necesare căderi mici de presiune sau când cantitatea de lichid din coloană este mică. Coloanele cu umplutură se utilizează de exemplu la operaţii de distilare fracţionată în vid (cădere mică de presiune), sau în operaţii de fracţionare discontinuă, ca şi în instalaţiile pilot şi semi-industriale şi în lucrările de cercetare în laborator. Noile tipuri de umplutură de mare eficacitate permit separarea în coloane cu umplutură a componentelor care au temperaturi de fierbere apropiate. Unele coloane cu umplutură, în care lichidul este pulverizat, servesc la curăţirea, răcirea sau umezirea gazelor. Aceste coloane se numesc scrubere.

Construcţia interiorului coloanei urmăreşte mărirea la maximum a suprafeţei de contact dintre faze. Umplutura are în esenţă acest rol. Lichidul şi vaporii (sau gazele) circulă în general în contracurent. În cazul unor procese de absorbţie sau de extracţie se poate pune şi problema circulaţiei în echicurent. Transferul de substanţă are loc “pe suprafaţă” peliculei de lichid formată pe corpurile de umplere, între lichid şi vapori (sau gaze).

Datorită principiului lor de funcţionare, coloanele cu umplutură nu sunt adecvate pentru a lucra cu gaze sau cu lichide impurificate. Impurităţile pot astupa spaţiile libere ale umpluturii, ceea ce ar determina creşterea accentuată a rezistenţei hidraulice (rezistenţa la trecerea gazelor sau vaporilor) a umpluturii şi micşorarea, în timp, a eficacităţii coloanei.