Устройство абсорбционных аппаратов
Как было рассмотрено ранее, требования, которые предъявляются к абсорбционной аппаратуре, заключаются в развитии максимальной поверхности контакта между фазами, минимальном гидравлическом сопротивлении, обеспечении отвода теплоты. При процессе десорбции производится подвод теплоты. Кроме того, по-
Рис. 139. Поверхностные абсорберы: Рис. 140. Оросительный абсорбер:
/ — штуцера для ввода газа, 2 — штуцера 1 — сливиые пороги, 2 — трубчатые эле-
для вывода газа, 3 — штуцера для ввода . менты
жидкости, 4 — штуцера для вывода жидкости
скольку практически почти все химические реагенты оказывают сильное корродирующее воздействие, материал, из которого сделана аппаратура, должен хорошо противостоять этому влиянию.
По способу образования поверхности соприкосновения абсорберы условно подразделяются на поверхностные, пленочные, наса-дочные, барботажные (тарельчатые), распыливающие и др.
Так как контакт между газом и жидкостью осуществляется не только в процессе абсорбции, но и в других аналогичных процессах, например при ректификации (контакт между паром и жидкостью), то и применяемая абсорбционная аппаратура частично используется для других подобных процессов. -
Поверхностные абсорберы используются для поглощения хорошо растворимых газов. На рис. 139 показаны два таких абсорбера. Каждый аппарат представляет собой сосуд, нижняя часть которого имеет форму усеченного конуса, а верхняя — сферическую. Подвод и отвод жидкости осуществляются двумя штуцерами в боковой части апларата, а подвод и отвод газа — штуцерами большего диаметра в верхней части. Чтобы обеспечить полноту поглощения, даже для хорошо растворимых газов устанавливают последовательно несколько абсорберов, располагая их ступенчато таким образом, что жидкость поступает в верхний аппарат и самотеком перетекает последовательно в расположенные ниже, а газ подается в нижний аппарат и выходит из последнего верхнего. При противоточной подаче наиболее концентрированная газовая фаза соприкасается с
|
|
157
наиболее концентрированной жидкостью. По мере прохождения газа его концентрация падает и из последнего аппарата, в который попадает чистый растворитель, газ уходит с наименьшей концентрацией.
Во всех аппаратах каскада поддерживается разность концентраций (движущая сила), и все аппараты работают более или менее равномерно. Такие каскады аппаратов, изготовленные из керамики, применяются, в частности, для поглощения хлористоводородного
'Жидкость |
Охлаждающий агент |
вхлаждаю
щи и агент |
[Газ
Жидкость
• t |
uulm
^ |
JTYnh
Газ . Жидкост
Рис. 141. Трубчатый абсорбер:
■ трубчатые решетки, 2 — трубы, 3 — си фон
Рис. 142. Пластинчатый абсорбер: 1 — распределительное устройство. 1 —
Топая иасалка
газа (хвостовых газов) водой и получения соляной кислоты. Недостаток этих аппаратов — низкий теплосъем и относительно малая производительность.
Оросительный абсорбер (рис. 140) состоит из ряда труб 2, внутри которых перетекает жидкость, поступающая-в верхнюю часть, и перемещается газ, движущийся противотоком снизу. Снаружи трубы интенсивно охлаждаются водой, стекающей по их стенкам. В каждом трубчатом элементе в месте слива имеется порог 1, поддерживающий постоянный уровень жидкости. Хотя отвод теплоты *в этих аппаратах происходит интенсивнее, чем в поверхностных абсорберах, их производительность и поверхности теплообмена все же относительно невелики.
Трубчатый абсорбер (рис. 141) представляет собой кожухо-тр"убчатый теплообменник, расположенный вертикально. Аппарат состоит из пучка параллельных труб 2, концы которых укреплены в трубных решетках /. Жидкость через верхний боковой патрубок поступает в трубки 2, стекает по стенкам, образуя пленку, а затем удаляется через нижний патрубок. Газ поступает в нижнюю часть абсорбера, поднимается по трубам, контактируя с пленкой стекаю-
|
|
158
щей жидкости, и удаляется через верхний патрубок. Охлаждающий агент, обычно вода, поступает в нижний патрубок межтрубного пространства и удаляется из его верхней части.
Контакт между газом и жидкостью происходит в тонком слое при интенсивном перемешивании жидкости на охлаждаемой тепло-обменной поверхности. Это позволяет с успехом применять такие аппараты для проведения абсорбции с большим тепловым эффектом. Нижний патрубок для удаления жидкости присоединяется к сифону 3, препятствующему попаданию газа в трубопровод для отвода жидкости.
Жидкость |
Рис. |
аб- |
143. Насадочиый сорбер: 1 — ложное днище, 2 — насадочные тела, 3 — распределительное устройство, 4 — воротник для подвода жидкости в центральной части |
Пластинчатый абсорбер (рис. 142) представляет собой колонну, во внут; ренней части которой расположена насадка 2 в виде вертикальных листов. Жидкость подается на абсорбцию через патрубок и распределительное устройство /, .обеспечивающее равномерное смачивание и орошение всех листов насадки. Газ лоступает в нижнюю часть колонны и удаляется сверху. Листовая насадка 2 выполняется из металла, пластмассы или натянутых полотнищ ткани. Аппараты этого типа непригодны для использования при значительном тепловом эффекте растворения газа, так как удаление теплоты происходит только за счет теплоотдачи в окружающую среду.
|
|
Насадочный абсорбер (рис. 143) представляет собой колонный аппарат с ложными (перфорированными) днищами /, на которые загружается насадка 2. Сверху насадка орошается жидкостью, поступающей из распределительного устройства 3. Насадочные тела представляют собой элементы, у которых максимально развита поверхность и вместе с тем имеются пустоты, обеспечивающие прохождение газа с минимальным гидравлическим сопротивлением. (Насадка такого-типа широко применяется в процессах ректификации, поэтому более подробно данные о насадочных телах рассмотрены в гл. 15.)
В связи с тем что поднимающийся поток газа в центре колонны имеет большую, чем у стенок, скорость движения, возникает явление так называемого пристеночного эффекта, заключающегося в том, что стекающая жидкость потоком газа отжимается к стенкам. Это вызывает нарушение равномерности распределения жидкости, а следовательно, и контакта между газом и жидкостью. Для устранения этого нежелательного явления в том случае, если высота насадки значительно превышает диаметр колонны, под решетками устанавливают специальные устройства — воротники 4, которые возвращают скапливающуюся у стенок массу жидкости в централь-
159
иую часть аппарата. Такие устройства устанавливают %на высоте 4—5 диаметров аппарата.
Насадочные абсорберы могут работать в различных гидродинамических режимах. При малых скоростях течения газа и малых плотностях орошения жидкости абсорберы работают в пленочном режиме. При возрастании скорости движения газа и жидкости сила
Рис. 144. Абсорбер (скруббер) с механическим.перемешиванием:
1 — вал, 2 — диски с сетками, 3 — кожух, 4 — поддон
трения между ними увеличивается, образуются брызги, пузыри, пена и одновременно увеличивается поверхность контакта между фазами. Такой режим работы называют режимом подвисания.
При дальнейшем увеличении скорости движения газа происходит значительное торможение отекания жидкости, колонна затопляется жидкостью, через которую начинает барботировать газ. Этот режим называется режимом эмульгирования, при котором сопротивление колонны весьма велико. Даже при небольшом последующем увеличении скорости газа происходит выброс жидкости из колонны— режим уноса. Наиболее эффективно колонна работает при переходе от режима подвисания к режиму эмульгирования.
Тарельчатые (барботажиые) абсорберы представляют собой вертикальные колонны. Внутри них размещены горизонтальные перегородки— тарелки, на которых происходит контакт жидкости и газа (или пара в случае ректификации). Два типа таких устройств— ситчатые и колпачковые тарелки — описаны в гл. 15.
Распылительные абсорберы представляют собой полые башни, внутри которых имеются устройства для пневматического или механического распыливания жидкости. К достоинствам полых распыливающих абсорберов относятся простота устройства, малое гидравлическое сопротивление, возможность работы с запыленны-
160
ми газами, легкость осмотра, очистки и ремонта. Однако расход энергии на распиливание жидкости довольно значителен.
Абсорбер с механическим перемешиванием, иногда называемый скруббером (рис. 144), состоит из вала./, на 'котором насажен ряд дисков 2 из металлической сетки. В нижней части абсорбера имеется поддон 4, сверху вал с дисками закрывается кожухом 3. В поддон 4 через mfyuep поступает и отводится жидкость, в кожухе 3
ОтЪод поглотителя |
]'|^U_JjkU
Газ очищенный
■1 ■
Свежий поглотитель
Рис. 145. Противоточная абсорбционная установка: - сборники райтвора, 2 — абсорберы, 3 — холодильники, 4—
имеются штуцера для подвода и отвода газа. При вращении вала жидкость и газ противотоком движутся друг относительно друга. Жидкость увлекается из нижней части и разбрызгивается сетками, вследствие чего достигаются значительное развитие поверхности, хороший контакт„между фазами и, следовательно, эффективная работа скруббера.
Поверхностные абсорберы отличаются простотой устройства, обладают небольшой поверхностью контакта и пригодны только для хорошо растворимых газов. Насадочные абсорберы благодаря большой поверхности контакта широко применяются для абсорбции различных газов. Насадйа в них может быть изготовлена из различных коррозионно-стойких материалов — керамики, фарфора, стекла. В абсорбере распыливающего типа создается значительная поверх* ность контакта, но увеличиваются затраты механической энергии.
Абсорбционные установки
Промышленные абсорбционные установки работают по принципу противотока, реже прямотока, как одно- и многоступенчатые, с рециркуляцией и регенерацией растворителя. На рис. 145 представлена схема противоточной установки с последовательным соединен нием трех абсорберов. Кроме абсорберов*2 в установку входят сборники раствора /, центробежные насосы 4 для перекачивания раствора и промежуточные теплообменники (холодильники) 3 для
6-2063
161
охлаждения раствора. Свежий поглотитель подается в последний па ходу газа абсорбер, стекает в приемный сосуд и подается насосом через холодильник в следующий абсорбер. Таким образом осущест вляется противоточное взаимодействие г_аза и жидкости.
Для более полного насыщения жидкости, "а также выделения из раствора поглощенного компонента чв чистом виде применяют абсорбционные установки с рециркуляцией жидкости и десорбцией компонента из концентрированного раствора.
Загряз ненный газ —*-=* |
t |
AecopSupodatinbu газ
1 4 7 'II | :! |
JL
пар
Конденсат 2
Рис. 146. Абсорбционная, установка с рециркуляцией и десорбцией:
/ — абсорберы, 2 '— сборники, 3 — насосы,- 4 -г- холодильники, 5 — теплообменник, 6 -- десорбер
На рис. 146 представлена схема абсорбционной установки с рециркуляцией жидкости и десорбцией. Установка состоит из двуз абсорберов /, соединённых последовательно (по газу), сборнико! раствора 2, насосов 3, холодильников 4, теплообменника 5 и десорб' ционной колонны 6. Газ поступа-ет в первую по ходу газа ко'лонну g орошается жидкостью по зам-кнутому циклу в этом абсорбере. Вто] рая по ходу газа колонна также орошается по замкнутому циклу Чистый растворитель, поступающий во вторую колонну по доведе! нии раствора до определенной 'концентрации, подается в цикл пер вой колонны.
Таким образом, концентрация раствора повышается от второй i первой колонне и из цикла первой колонны поступает наиболее кон центрированный раствор. Этот раствор нагревается в теплообмен! нике 5 и поступает в десорбционную колонну 6 с кубом, где рас творенный компонент удаляется. Чистый горячий растворител] обменивается теплотой в теплообменнике 5, дополнительно охлаж даётся в холодильнике 4 и возвращается в цикл второй по ходу газ; колонны. Десорбйрованный газ удаляется из верхней части десор бера. Таким образом, при работе этой установки требуется лишь не
162
значительная добавка свежего растворителя для компенсации потерь, а растворенный компонент получается в чистом виде.
Вопросы для повторения. 1. Что называется процессом абсорбции? 2. Как называется процесс выделения растворенного газа из концентрированного раствора? 3. При каких температурных режимах происходят процессы абсорбции и десорбции? 4. В какой зависимости находятся расход абсорбента, движущая сила и размеры абсорбера? 5. Что называется гглотностью орошения? 6. Как устроены поверхностные абсорберы? Их преимущества и недостатки. 7. Как устроен трубчатый абсорбер и для каких процессов наиболее целесообразно его применение? 8. Как устроен насадочный абсорбер и в каких режимах он может работать? 9. Каковы преимущества и недостатки абсорбера с механическим перемешиванием?. 10. Каковы устройство-и принцип работы противоточной абсорбционной установки? 11. Каковы преимущества абсорбционной установки с рециркуляцией и десорбцией?
Дата добавления: 2019-07-17; просмотров: 484; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!