Распыливающие аппараты

В распыливающих аппаратах поверхность межфазного контакта создается разбрызгиванием капель жидкости в газовом потоке. По способу диспергирования жидкости распыливающие абсорберы можно подразделить на: форсуночные, Вентури, вихревые и механические.

Форсуночный или полый распыливающий абсорбер представляет собой полую колонну, по которой снизу движется поток газа, а сверху с помощью форсунок распыливается жидкость (рис. 13.20). При большой высоте колонны форсунки могут устанавливаться на нескольких уровнях.

Во избежание уноса жидкости допустимые скорости газового потока обычно не превышают 2 3 м/с. Преимуществами форсуночных аппаратов являются: простота изготовления и эксплуатации, противоточное движение фаз, возможность работы с загрязненными

газами, низкое гидравлическое сопротивление. К недостаткам этих аппаратов относятся: низкие объемные коэффициенты массопередачи, необходимость большого расхода жидкости для создания достаточной удельной поверхности контакта фаз. Обычно полые распыливающие абсорберы применяются для поглощения хорошо растворимых газов.

 

Рис. 13.20. Полый распыливающий абсорбер: 1 колонна; 2 форсунка

 

В абсорберах Вентури жидкость захватывается и диспергируется газовым потоком, движущимся с большой скоростью. Основным элементом такого аппарата является труба Вентури (см. раздел 8.3.2). В аппарате, изображенном на рисунке 13.21, жидкость поступает в конфузор 1, стекая в виде пленки по его стенкам. В горловине 2 жидкость распыляется, а в диффузоре 3 скорость газожидкостной системы снижается. Сепаратор 4 предназначен для отделения капель жидкости от газового потока.

Рис. 13.21. Абсорбер Вентури: 1 конфузор; 2 горловина; 3 диффузор; 4 сепаратор

 

Абсорберы Вентури могут выполняться в различных конструктивных вариантах. Так жидкость может подаваться в конфузор через центральное сопло или через отверстие в горловину. Основным преимуществом данных абсорберов являются высокие объемные коэффициенты массопере-дачи, а недостатками: прямоточное движение фаз, значительное гидравлическое сопротивление.

Особенностью аппаратов вихревого типа является использование центробежной силы, возникающей за счет закрутки газового потока, для отделения капель жидкости при прямоточном движении фаз в зоне контакта, что позволяет существенно увеличить рабочую скорость газа и, соответственно, уменьшить диаметр аппарата, сохраняя преимущества противоточного движения фаз в аппарате в целом при многоступенчатом устройстве.

Примерный вид контактных элементов вихревого типа [52,53] представлен на рис. 13.22. Поток газа, поступающий снизу в контактные устройства, приобретает за счет завихрителя 2 вращательно-поступательное (вихревое) движение. Жидкость, подаваемая в центральную зону завихрителя, дробится потоком газа на капли, вовлекаемые им в совместное движение. При выходе из зоны завихрителя капли жидкости под действием центробежной силы перемещаются к периферии и оседают на стенке контактного патрубка, образуя пленку, которая на выходе из контактного устройства отделяется от газа сепарационным устройством 4.

В контактных устройствах могут быть использованы различные типы завихрителей газа. Наибольшее распространение получили многолопастные аксиальные и тангенциальные завихрители (рис. 13.22). Они состоят из направляющих плоских или профилированных лопастей, образующих каналы для прохода и закрутки газа, схожие с циклонами (рис. 7.5 7.7). Для обеспечения эффективного массообмена в контактных устройствах жидкость целесообразно вводить в приосевую зону. Такой ввод может осуществляться через осевые, радиальные, U и Г - образные трубки. При вводе жидкости над аксиальным завихрителем (рис.13.22а) образуется конусообразный факел распыла из капель жидкости. Поток газа пронизывает этот факел и интенсивно взаимодействует с жидкостью. В контактных устройствах с тангенциально-лопаточными завихрителями жидкость вводится, как правило, в придонную часть завихрителя (рис. 13.22б). Под действием вихревого потока газа внутри завихрителя формируется кольцевой слой диспергированной жидкости. В этом слое капли соударяются с кромками лопаток, благодаря чему

 

Рис. 13.22. Конструкции вихревых контактных элементов с аксиально-лопаточным а) и тангенциально-лопаточным б) завихрителями газа: 1 корпус; 2 завихритель; 3 узел подвода жидкости; 4 узел сепарации жидкости и газа

 

жидкость в этой зоне контакта находится намного дольше, чем в факеле распыла над осевым завихрителем. С этим связаны более высокие значения эффективности массопереноса при использовании в контактных элементах тангенциально-лопаточных завихрителей.

Для отделения проконтактировавшей жидкости от газа используют различные типы сепараторов. Наибольшее распространение получили сепараторы с отсекателями пленки жидкости (рис. 13.22).

С целью повышения разделительной способности вихревых аппаратов их делают многоступенчатыми. Многоступенчатые аппараты делятся на многоэлементные и одноэлементные. На рис. 13.23 изображен одноэлементный многоступенчатый вихревой абсорбер.

 

Рис. 13.23. Вихревые аппараты с одноэлементными ступенями

 

Применение одноэлементных аппаратов диаметром более
0,6 0,8 м нецелесообразно, поскольку дальнейшее увеличение диаметра ведет к ухудшению отделения жидкости от потока газа после их взаимодействия. В случае большой производительности по газу применяют многоэлементные вихревые аппараты, напоминающие колпачковые тарелки (рис. 13.14), в которых вместо колпачков используются вихревые контактные элементы. Пример такого аппарата приведен на рис. 13.24.

Рис. 13.24. Многоступенчатый многоэлемен-тный вихревой аппарат

 

Недостатком вихревых абсорберов является их высокое гидравлическое сопротивление, а преимуществом малые габариты и, соответственно, металлоемкость. Обоснованность их использования очевидна при проведении процесса под высоким давлением и больших расходах газа.

В механических абсорберах диспергирование жидкости происходит за счет подвода внешней энергии с помощью вращающихся устройств (дисков, валов, лопастей и т.д.). Направление движения фаз при этом может быть различным. Механические абсорберы достаточно эффективны, но требуют затрат энергии на распыл жидкости и более сложны, поэтому применяются реже.

Расчет абсорберов проводится в соответствии с методиками, изложенными в разделах 12.7.2 и 12.7.3 с учетом особенностей равновесия и массопередачи в процессе абсорбции приведенных в разделе 13.1.

 

13.4. Многокомпонентная абсорбция

 

В общем случае возможна абсорбция нескольких компонентов из многокомпонентной газовой или парогазовой смеси многокомпонентным абсорбентом. В этом случае для расчета абсорберов с непрерывным или ступенчатым контактом фаз применимы методики, рассмотренные в разделах 12.8.3 и 12.8.4.