Echipamente pentru transfer de substanță

1.1 Caracterizarea aparatelor tip coloană

1.1.1 Definire şi elemente componente

Aparatele de tip coloană sunt recipiente cilindrice cu diametru mic comparativ cu înălţimea.

Considerarea unui utilaj ca aparat tip coloană, din punct de vedere mecanic, depinde de svelteţea sa caracterizată de înălţimea relativă echitHDHi=

în care: - înălţimea totală a utilajului măsurată de la sol, iar DtHiech.- diametrul interior echivalent al coloanei.

Independent de tipul procesului fizic sau fizico - chimic care are loc, un utilaj de tip recipient se încadrează în grupa aparatelor tip coloană dacă 5.>echitDHşi mHt10<, sau pentru orice raport dacă . .,/echitDHmHt10>

Aparatele de tip coloană au ca scop realizarea unui anumit proces fizic sau fizico-chimic, caracterizat prin parametri de regim determinaţi. Se întâlnesc coloane care lucrează sub vid, la presiune atmosferică sau supra atmosferică (1-50 at.) şi la temperaturi de 500 – 600 o C (coloane de funcţionare în instalaţiile de cracare, reactoare şi generatoare pentru reacţii catalitice, etc.)

In industria chimică, în majoritatea cazurilor în aparatele de tip coloană au loc procese de transfer de substanţă (absorbţie, desorbţie, chemosorbţie, rectificare, extracţie, adsorbţie), motiv pentru care ideea de aparat tip coloană este asociată cu transferul de substanţă sau de masă.

În cazul proceselor de transfer de substanţă este necesar un contact intim între două faze : gaz – lichid, lichid – lichid; solid – gaz. Spre a asigura timpul de contact necesar realizării procesului dorit, coloana trebuie să aibă o anumită înălţime, care este un multiplu al diametrului.

In majoritatea coloanelor pentru procese de transfer de substanţă sau de masă, lichidul curge de sus în jos, sub acţiunea gravitaţiei , iar gazul sau vaporii de jos în sus, sub acţiunea presiunii. Interioarele coloanelor au drept scop crearea şi mărirea la maxim a suprafeţei de contact între faze. In acest scop se umple coloana cu corpuri de umplere, peste care curge lichidul supus prelucrării sau se pulverizează lichidul (coloane cu umplutură). In alte cazuri se compartimenteaza coloana pe înălţime, cu ajutorul unor talere, pe care are loc fie barbotarea gazului prin lichid (coloane cu funcţionare în regim de barbotare), fie pulverizarea lichidului de către gaz (coloane cu functionare în regim de picături sau de pulverizare). In coloanele cu umplutură sau cu pulverizare, concentraţia celor două faze variază continuu pe înălţime. In coloanele cu talere variaţia fazelor se face în trepte ale caror numar este egal cu cel al talerelor. Există şi coloane mixte, cu

umplutură şi cu talere, de exemplu în industria sodei caustice pentru recuperarea CO2 şi NH3.

In figura 1.1 sunt prezentate principial cele două tipuri de coloane: cu umplutură (fig. 1.1a) şi cu talere (fig. 1.1b).

In interiorul coloanei cu umplutură se află un număr de grătare pe care se aşează câte un strat de corpuri de umplere. Lichidul L trece prin aceste straturi, curgând desus in jos şi iese cu compozitia L1. Gazul G sau vaporii V trec de jos în sus prin stratul de umplutura şi ies cu compoziţia G1.

Coloanele cu talere sunt prevăzute în interior cu talere situate la o anumită distanţă H, între ele (fig. 1b). Lichidul trece de sus în jos de la un taler la altul, iar gazul de jos în sus , pe taler schimbându-se atât compoziţia lichidului cât si a gazului.