Практическое занятие № 31

Тема: Абсорбция. Адсорбция.

Цель работы: Изучить конструкцию насадочных и распыливающих абсорберов.

Порядок выполнения работы:

16. Записать в тетради тему практической работы.

17. Ознакомится с конструкцией и принципом действия насадочных и распыливающих абсорберов.

18. Произвести сравнительный анализ

19. Записать вывод о проделанной практической работе.

20. Ответить на контрольные вопросы.

Содержание работы: Насадочные абсорберы получили широкое распространение в технике. Чтобы насадка работала эффективно, она должна удовлетворять 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; иметь невысокую стоимость.

Некоторые типы используемых в промышленности насадок и способы их укладки в аппарат приведены на рис. 3. Наиболее рас­пространенной насадкой являются керамические кольца Рашига.

Рис. 17,8. Типы насадок:

а — плоскопараллельная; б — фасонные керамические и способы их укладки (в — навалом; г - организованно)

В насадочном абсорбере (рис. 4) жидкость, подаваемая через распределительное устройство (1), при небольших скоростях газа течет по элементу насадки (2) 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 устанавливают устройство (3) 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 рода завихрения и т. д. Жидкость заполняет свободный объем насадки, образуя газожидкостную смесь. При этом значительно возрастают по сравнению с пленоч­ным режимом поверхность контакта фаз и коэффициенты массопередачи. Дальнейшее небольшое увеличение скорости газа приво­дит к захлебыванию колонны. Это явление характеризуется прекра­щением противоточного движения потоков и выносом жидкости из колонны. Оптимальный режим работы насадочного абсорбера имеет место при скоростях газа, на 15...20% меньших скоростей, вызывающих захлебывание.

Насадочные аппараты малопригодны для работы с загрязнен­ными жидкостями. Для обработки загрязненных жидкостей приме­няют абсорберы с «плавающей» шаровой насадкой, изготовленной из легких полых или сплошных пластмассовых шаров. Такая насадка при определенной скорости газового потока переходит в псевдоожиженное состояние. В абсорберах с «плавающей» шаровой насадкой достигаются более высокие скорости, чем в абсорберах с неподвижной насадкой. Увеличение скорости газового потока при­водит к расширению слоя «плавающей» насадки. При этом гидравли-ческое сопротивление слоя возрастает незначительно.

Рис. 4. Рис. 5.

Рис. 4. Устройство аппарата с на­садкой:

1 — распределительное устройство; 2 — насадка; 3 — устройство для перераспреде­ления жидкости; 4 — решетка

Рис. 5. Ситчатые тарелки с переливными устройствами:

1 — тарелка; 2 — переливное устройство; 3, 4 — пороги

Тарельчатые барботажные колонны являются эффективными и наиболее распространенными аппаратами, внутри которых одна под другой размещено определенное количество горизонтальных пер­форированных перегородок — тарелок, обеспечивающих течение жидкости сверху вниз, а пара — снизу вверх.

Тарельчатые колонны бывают с колпачковыми, клапанными, проваль-ными ситчатыми тарелками, на которых имеет место неорганизованный перелив жидкости через отверстия, и с ситчатыми тарелками с переливными устройствами.

В колоннах с провальными тарелками газ проходит через отверстия тарелки и распределяется в слое жидко­сти, находящейся на тарелке, в виде струек и пузырьков.

На тарелках одновременно происходят барботаж пара через слой жидкости и частичный проход жидкости через отверстия тарелок. Такие конструкции тарелок очень чувствительны к расходу и давле­нию пара в колонне.

Более устойчиво работают ситчатые тарелки с переливными устройствами. Эти аппараты (рис.5.) имеют горизонтальные тарелки (1), переливные устройства (2) и пороги (3,4). Порог 3 служит для разрушения пены, стекающей с вышерасположенной тарелки, а порог 4 – для поддержания высоты столба жидкости на тарелке. Жидкость поступает на верхнюю тарелку, переливается 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.

На рис. 6. изображена колпачковая тарелка с капсульными колпачками и сегментными переливными устройствами. Тарелки представляют собой, стальной диск (1), который крепится на прокладке болтами (5) к опорному кольцу (7).

Жидкость на тарелку поступает через переливной порог 3 с вышерас-положенной 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 устройство.

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

Для создания большой площади поверх­ности массопередачи на тарелках устанав­ливается большое число колпачков. Разрез капсульного колпачка показан на рис. 7. Расстояние от тарелки до нижнего обреза колпачка регулируется с помощью втулки 4 и гайки 2.

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 относительно высокое гидравлическое сопротивление.

Клапанные тарелки (рис. 8) объединяют свой­ства ситчатых и колпачковых тарелок. Барботаж газа (пара) через жидкость происходит 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. 6. Колпачковая тарелка:

1 — тарелка; 2 — уплотнение; 3 — регулируемый сливной порог; 4 — сливной патрубок; 5 — кре­пежный болт; б — регулировочный болт; 7 — кольцо; 8 — переливной порог; 9 — колпачок

Рис. 7. Капсульный колпачок:

1— шайба; 2 — гайка; 3 — болт; 4 — втулка; 5 — колпачок; 6 — патрубок

Рис. 8. Клапанная тарелка: 1 — клапан; 2 — кронштейн-ограничитель; 3 — тарелка.

Струйная тарелка выполняется в виде наклонных параллельных пластин, между которыми проходит газ или пар. Поверхность контакта фаз развивается 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, как и на колпачковых тарелках.

Эффективность описанных выше тарелок зависит от гидродина­мических режимов их работы. В зависимости от скорости пара и расхода жидкости различают в основном три режима работы барботажных тарелок: пузырьковый, пенный и струйный. В каждом режиме барботажный слой имеет характерную структуру, которая определяет гидравлическое сопротивление и величину поверхности массопередачи.

При небольших скоростях пара наблюдается пузырьковый режим. Он характеризуется тем, что пар движется через слой 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 в случае дальней­шего увеличения скорости пара, паровые струи инжектируют через слой жидкости. При этом поверхность массопередачи резко сокра­щается и начинается унос жидкости с тарелки на вышерасположен­ную.

Распыливающие абсорберы работают по принципу контакта фаз

в результате распыления или разбрызги­вания жидкости в газовом потоке.

Простейшим примером распыливающих абсорберов является полый рас-пыливающий абсорбер с механическими форсунками (рис. 9).

Наибольшие коэффициенты массопередачи имеют место в момент распы­ления жидкости, а затем они резко сни­жаются вследствие коалесценции капель и уменьшения поверхности фазового контакта. Часто форсунки устанавли­вают по всей высоте абсорбера.

Распыливающие абсорберы приме­няют для абсорбции хорошо раствори­мых газов.

К распыливающим абсорберам отно­сятся также механические абсорберы, в которых разбрызгивание жидкости производится вращающимися устрой­ствами. Механические абсорберы ком­пактны и эффективнее распыливающего абсорбера.

Рис. 9. Распыливающий абсорбер

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ:

1. Назовите четыре основные группы абсорберов.

2. Каким образом осуществляется движение жидкости и газа в поверхностных абсорберах?

3. Насадки используемые в пленочных абсорберах.

4. Требования предъявляемые к насадкам.

5. условие при котором наблюдается эффективная работа насадочных колонн.

6. Перечислите конструкции тарельчатых колонн.

7. Что необходимо предпринять, чтобы повысить массопередачу в распыливающих абсорберах.