Порядок выполнения работы. 1. Изучить устройство абсорберов

1. Изучить устройство абсорберов.

2. Ознакомиться с работой поверхностных и пленочных, насадочных, распыливающих абсорберов, тарельчатых барботажных колонн.

3. Составить отчет.

Абсорбция протекает на поверхности раздела фаз. Поэтому абсорберы должны иметь развитую поверхность контакта фаз между тазом и жидкостью. По способу образования этой поверхности абсорберы можно разделить на четыре основные группы:

– поверхностные и пленочные – поверхностью контакта фаз является поверхность стекающей жидкости;

– насадочные – поверхностью контакта фаз является поверхность растекающейся по специальной насадке жидкости;

– барботажные – поверхность контакта фаз создается потоками газа (пара) и жидкости;

– распиливающие – поверхность контакта фаз образуется разбрызгиванием жидкости.

В поверхностных абсорберах газ пропускается под поверхностью движущейся жидкости. Так как в них поверхность контакта фаз невелика, то устанавливаются несколько последовательно соединенных аппаратов. На рис. 92 показан оросительный абсорбер из горизонтальных труб, внутри которых протекает жидкость, а противотоком к ней движется газ. Уровень жидкости в трубах поддерживается с помощью порога. Охлаждение абсорбера осуществляется орошающей жидкостью, для равномерного распределения которой установлен зубчатый распределитель.

Рис. 92. Поверхностный абсорбер: 1 – распределитель; 2 – труба; 3 – порог.

Пленочные абсорберы более компактны и эффективны, чем поверхностные. К пленочным относятся трубчатые абсорберы, в которых жидкость стекает по внешней поверхности вертикальных труб сверху вниз, а газ подается снизу, противотоком стекающей пленке; абсорберы с плоскопараллельной или листовой насадкой; абсорберы с восходящей пленкой. В последних взаимодействие между газом и жидкостной пленкой происходит в условиях прямотока.

На рис. 93 представлен абсорбер с плоскопараллельной насадкой. Насадка представляет собой вертикальные листы, разделяющие объем абсорбера на ряд секций. Жидкость в абсорбер подается через трубу и с помощью специального устройства распределяется по насадке, омывая листы с обеих сторон. В зависимости от относительной скорости движения пленки и газа жидкость может стекать вниз или захватываться газовым потоком и «течь» вверх. С возрастанием относительной скорости движения пленки и газа увеличиваются коэффициент массоотдачи и поверхность контакта фаз за счет турбулизации пограничного слоя и образования вихрей.

Рис. 93. Пленочный абсорбер: 1 – труба; 2 – распределительное устройство; 3 – плоскопараллельная насадка

Насадочные абсорберы получили широкое распространение в технике. Для того чтобы насадка работала эффективно, она должна соответствовать следующим требованиям: обладать большой удельной поверхностью; оказывать небольшое гидравлическое сопротивление газовому потоку; хорошо смачиваться рабочей жидкостью; равномерно распределять жидкость по сечению абсорбера; быть коррозиестойкой по отношению к рабочей жидкости и газу; обладать высокой механической прочностью; быть легкой.

Некоторые типы используемых в промышленности насадок и способы их укладки в аппарат приведены на рис. 94. Наиболее распространенными являются керамические кольца Рашига. Они изготавливаются размерами 15,0×15,0×2,5; 25×25×3; 50×50×5 мм.

В насадочном абсорбере (рис. 95) жидкость, подаваемая через распределительное устройство, при небольших скоростях газа течет по элементу насадки в виде тонкой пленки. Поверхностью контакта фаз является смоченная поверхность насадки, и в этом режиме насадочные аппараты могут рассматриваться как пленочные. Чтобы жидкость не растекалась к стенкам аппарата, насадки загружаются посекционно. Между секциями устанавливается устройство для перераспределения жидкости.

Насадочные колонны работают наиболее эффективно в условиях режима подвисания, близкого к режиму «захлебывания», т. е. такого режима, при котором вес находящейся на насадке жидкости становится равным силе трения газового потока о жидкость.

В режиме подвисания пленочное течение жидкости нарушается: Возникают брызги, различного вида завихрения и т. д.; жидкость заполняет свободный объем насадки, образуя газожидкостную смесь; значительно возрастают по сравнению с пленочным режимом поверхность контакта фаз и коэффициенты массопередачи. Дальнейшее небольшое увеличение скорости приводит к «захлебыванию», характеризующемуся прекращением противоточного движения потоков и выносом жидкости на колонны. Насадочный абсорбер работает в оптимальном режиме при скоростях газа, на 15 – 20 % меньших, чем скорости, вызывающие «захлебывание».

Рис. 94. Типы насадок (а – плоскопараллельная; б – фасонные керамические) и способы их укладки (1 – хаотично; 2 – организованно)

Рис. 95. Абсорбер с насадкой: 1 – распределительное устройство; 2 – насадка; 3 – перераспределительное устройство; 4 – решетка.

Насадочные аппараты малопригодны для работы с загрязненными жидкостями. В этом случае применяются абсорберы с «плавающей» шаровой насадкой, изготовленной из легких полых или сплошных пластмассовых шаров. Она при определенной скорости газового потока в псевдоожиженное состояние. В абсорберах с такой насадкой достигаются более высокие скорости, чем в абсорберах с неподвижной. Увеличение скорости газового потока приводит к расширению слоя «плавающей» насадки. При этом гидравлическое сопротивление слоя возрастает незначительно.

Тарельчатые барботажные колонны – эффективные и наиболее распространенные аппараты, внутри которых одна под другой размещены несколько горизонтальных перегородок-тарелок, обеспечивающих течение жидкости сверху вниз, а пара – снизу вверх.

Тарельчатые колонны бывают с провальными ситчатыми тарелками, с ситчатыми тарелками с переливными устройствами, с колпачковыми и клапанными тарелками.

В колоннах с провальными тарелками газ проходит через отверстия в них и распределяется в слое находящейся там жидкости в виде струек и пузырьков. На тарелках одновременно происходит барботаж пара через слой жидкости и частичный проход последней через отверстия. Конструкция тарелок очень чувствительна к расходу и давлению пара в колонне.

Рис. 96. Ситчатые тарелки с переливными устройствами: 1 – тарелка; 2 –переливное устройство; 3, 4 –пороги

Более устойчиво работают ситчатые тарелки с переливными устройствами (рис. 96). Жидкость поступает на верхнюю тарелку, вытекает через переливные устройства сверху вниз и удаляется из нижней части аппарата. Газ (пар) вводится в нижнюю часть аппарата и перемещается вверх, распределяясь на каждой тарелке в виде пузырьков или факелов. Порог 3 служит для разрушения пены, стекающей с вышерасположенной тарелки, а порог 4 – для поддержания высоты столба жидкости на тарелке.

На рис. 97 изображена колпачковая тарелка с капсульными колпачками и сегментными переливными устройствами. Она представляет собой стальной диск, который крепится на прокладке болтами к опорному кольцу.

Жидкость на тарелку поступает через сливной патрубок 4 с вышерасположенной тарелки. Для равномерного распределения жидкости по площади тарелки имеется порог 8. Высота слоя жидкости на тарелке поддерживается с помощью регулируемого переливного порога 3. Газ (пар) на тарелку поступает через паровые патрубки колпачков, диспергируясь прорезями на отдельные струи. Прорези колпачков выполняются в виде зубцов прямоугольной формы. Струи газа или пара при движении через слой жидкости распадаются на отдельные пузырьки. Жидкость сливается с тарелок через сливное отверстие.

Интенсивность образования пены и брызг на колпачковых тарелках зависит от скорости пара и высоты слоя жидкости на тарелке.

Для увеличения площади поверхности массопередачи на тарелках устанавливается множество колпачков.

Тарелки с капсульными колпачками наиболее широко распространены в промышленности. Колпачковые тарелки устойчиво работают при значительных изменениях нагрузок по газу (пару) и жидкости. Их недостатками являются сложность конструкции, высокая стоимость и большое гидравлическое сопротивление.

Рис. 97. Колпачковая тарелка: 1 – тарелка; 2 – уплотнение; 3 – регулируемый сливной порог; 4 – сливной патрубок; 5 – крепежный болт; 6 – регулирующий болт; 7 – кольцо; 8 – переливной порог; 9 – колпачок

Клапанные тарелки (рис. 98) объединяют свойства ситчатых и колпачковых. Барботаж газа (пара) через жидкость проходит через клапаны, которые в зависимости от скорости газового или парового потока перемещаются по вертикали. Для клапанных тарелок характерна стабильность работы в широких диапазонах изменения нагрузок по газовому или паровому потоку.

Рис. 98. Клапанная тарелка: 1 – клапан; 2 – кронштейн-ограничитель; 3 – тарелка

Струйная тарелка выполняется в виде наклонных параллельных пластин, между которыми проходят газ и пар. Поверхность контакта фаз образуется струями газа или пара в слое жидкости, протекающей по тарелке.

На колпачковых, клапанных и струйных тарелках взаимодействие газа (пара) с жидкостью происходит в условиях перекрестного движения потоков. Пар проходит через отверстия в тарелке, а жидкость поступает и сливается с тарелки через диаметрально расположенные переливные устройства.

Эффективность тарелок зависит от гидродинамических режимов их работы. В зависимости от скорости пара и его расхода возможны три режима работы барботажных тарелок: пузырьковый, пенный и струйный. В каждом из них барботажный слой имеет характерную структуру, определяемую гидравлическим сопротивлением и величиной поверхности массопередачи.

При небольших скоростях пара наблюдается пузырьковый режим, при котором пар движется через стой жидкости в виде отдельных пузырьков. Такой режим неэффективен. С увеличением расхода пара выходящие из прорези колпачков или отверстий тарелок струи распадаются с образованием большого количества отдельных пузырьков. При этом на тарелке образуется пена, что приводит к резкому увеличению поверхности массопередачи.

При струйном режиме, который образуется при дальнейшем увеличении скорости пара, происходит инжекция паровых струй через слой жидкости. При этом поверхность массопередачи резко сокращается и Жидкость уносится с нижерасположенной тарелки на вышерасположенную.

Рис. 99. Распыливающий абсорбер

Распиливающие абсорберы работают по принципу контакта фаз в результате распиливания или разбрызгивания жидкости в газовом потоке. Простейшим примером таких аппаратов является полый распыливающий абсорбер с механическими форсунками (рис. 99).

Наибольшие коэффициенты массопередачи отмечаются в момент распыления жидкости, а затем они резко снижаются вследствие коалесценции капель и уменьшения поверхности фазового контакта.

Часто форсунки устанавливаются по всей высоте абсорберов.

Распиливающие абсорберы применяются для абсорбции хорошо растворимых газов. К ним также относятся механические абсорберы, в которых жидкость разбрызгивается вращающимися устройствами. Механические абсорберы компактнее и эффективнее распиливающих.

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

1.Какие конструкции абсорберов применяются в промышленности?

2.При каких режимах могут работать насадочные абсорберы?

3.Какие насадки применяются в абсорберах? Каким требованиям они должны соответствовать?