Сравнительная характеристика абсорберов - Процессы химической технологии

Абсорберы - аппараты, в которых осуществляются абсорбционные процессы. Так как абсорбция протекает поверхности раздела фаз, то абсорберы должны иметь развитую поверхность соприкосновения между жидкостью и газом. По способу образования этой поверхности абсорберы разделяют на: поверхностные, пленочные, тарельчатые и насадочные.

Поверхностные абсорберы используют для поглощения хорошо растворимых газов (например, для поглощения хлористого водорода водой). В них газ проходит над поверхностью неподвижной или медленно движущейся жидкости. Так как поверхность соприкосновения в таких абсорберах мала, то устанавливают несколько последовательно соединенных аппаратов, в которых газ и жидкость движутся друг к другу. Для того чтобы жидкость перемещалась по абсорберам самотеком, каждый последующий по ходу жидкости аппарат располагают несколько ниже предыдущего. Для отвода тепла, выделяющегося при абсорбции, в аппаратах устанавливают змеевики, охлаждаемые водой или другим охлаждающим агентом, либо помещают абсорбер в сосуды с проточной водой.

Более совершенным аппаратом такого типа является абсорбер, состоящий из ряда горизонтальных труб, орошаемых снаружи водой. Необходимый уровень жидкости в каждом элементе такого аппарата поддерживается с помощью порога.

Пластинчатый абсорбер состоит из двух систем каналов: по каналам большего сечения движутся противотоком газ и абсорбент, по каналам меньшего сечения движется охлаждающий агент (как правило вода). Пластинчатые абсорберы обычно изготавливают из графита, так как он является химически стойким материалом, хорошо проводящим тепло. Поверхностные абсорберы имеют ограниченное применение из-за их малой эффективности и громоздкости.

Пленочные абсорберы более эффективны и компактны, чем поверхностные. В пленочных абсорберах поверхностью контакта фаз является поверхность текущей пленки жидкости.

В трубчатом абсорбере абсорбент на верхнюю трубную решетку, распределяется по трубам и стекает по их внутренней поверхности в виде тонкой пленки. В аппаратах с большим числом труб для более равномерной подачи и распределения жидкости по трубам используют специальные распределительные устройства. Газ движется по трубам снизу вверх навстречу стекающей жидкой пленке. Для отвода тепла по межтрубному пространству пропускают воду или другой охлаждающий агент.

Абсорбер с плоскопараллельной (листовой) насадкой представляет собой колонну с листовой насадкой в виде вертикальных листов из различного материала (металла, пластмассы, дерева) или туго растянутых полотнищ из ткани. В верхней части абсорбера находятся распределительные устройства для равномерного смачивания листовой насадки с обеих сторон.

Абсорбер с восходящим движением пленки состоит из труб, закрепленных в трубных решетках. Газ из камеры проходит через патрубки расположенные с трубами. Абсорбент поступает в трубы через щели. Движущейся с достаточно большой скоростью газ увлекает жидкую пленку в направлении своего движения (снизу вверх), то есть аппарат работает в режиме восходящего прямотока. На выходе из труб жидкость сливается на верхнюю трубную решетку и выводится из абсорбера. Для отвода тепла по межтрубному пространству пропускают охлаждающий агент. Для увеличения степени извлечения применяют абсорбер такого типа, состоящие из двух и более ступеней, каждая из которых работает по принципу прямотока, в то время как в аппарате в целом газ и жидкость движутся противотоком друг к другу. В аппаратах с всходящим движением пленки вследствие больших скоростей газового потока (до 30-40м/с) достигаются высокие значения коэффициентов массопередачи, но, вместе с тем, гидравлическое сопротивление этих аппаратов относительно велико.

В трубчатых абсорберах при различном тепловом удлинении труб и кожуха возникают температурные напряжения, поэтому такие абсорберы применяют при небольшой (до 500С) разности температур между трубами и кожухами.

Тарельчатые абсорберы представляют собой вертикальные колонны, внутри которых на определенном расстоянии друг от друга размещены горизонтальные перегородки - тарелки. С помощью тарелок осуществляется направленное движение фаз и многократное взаимодействие жидкости и газа.

По способу слива жидкости с тарелок тарельчатые абсорберы подразделяют на колонны: с тарелками со сливными устройствами и с тарелками без сливных устройств.

В тарельчатых колоннах со сливными устройствами перелив жидкости с тарелки на тарелку осуществляется при помощи специальных устройств - сливных трубок, карманов. Нижние концы трубок погружены в стакан на нижерасположенных тарелках и образуют гидравлические затворы, исключающие возможность прохождения газа через сливное устройство.

Принцип работы: жидкость поступает на верхнюю тарелку, сливается с тарелки на тарелку через переливные устройства и удаляется из нижней части колонны. Газ поступает в нижнюю часть аппарата, проходит последовательно сквозь отверстия или колпачки каждой тарелки. При этом газ распространяется в виде пузырьков и струй в слое жидкости на тарелке, образуя на ней слой пены, являющийся основной областью массообмена и теплообмена на тарелке. Отработанный газ удаляется с верху колонны.

Переливные трубки располагают на тарелках таким образом, чтобы жидкость на соседних тарелках протекала во взаимно противоположенных направлениях. Все шире применяются сливные устройства в виде сегментов, вырезанных в тарелке и ограниченных порогом - переливом.

К тарелкам со сливными устройствами относятся: ситчатые, колпачковые, балластные, пластинчатые.

В колоннах с тарелками без сливных устройств газ и жидкость проходят через одни и те же отверстия или щели. На тарелке одновременно с взаимодействием жидкости и газа путем барботажа происходит сток части жидкости на нижерасположенную тарелку - "проваливание" жидкости. Поэтому тарелки такого типа называют провальными. К ним относятся: дырчатые, решетчатые, трубчатые и волнистые тарелки.

Насадочные абсорберы представляют собой колонны загруженные насадкой - твердыми телами различной формы; при наличии насадки увеличивается поверхность соприкосновения жидкости и газа.

Насадка укладывается на опорные решетки, имеющие отверстия или щели для прохождения газа и стока жидкости, которая с помощью распределителя равномерно орошает насадочные тела и стекает вниз. По всей высоте слоя насадки равномерного распределения жидкости по сечению колонны обычно не достигается, что объясняется пристеночным эффектом - большей плотностью укладки насадки в центральной части колонны, чем у ее стенок. Вследствие этого жидкость имеет тенденцию растекаться к стенкам. Поэтому для улучшения смачивания насадки в колонне большого диаметра насадку иногда укладывают слоями (секциями) высотой два-три метра, и под каждой секцией, кроме нижней, устанавливают перераспределители жидкости.

В насадочной колонне жидкость течет по элементу насадки в виде тонкой пленки, поэтому поверхностью контакта фаз является смоченная поверхность насадки. При перетекании жидкости с одного элемента насадки на другой пленка жидкости разрушается и на нижележащем элементе образуется новая пленка. При этом часть жидкости проходит через расположенные ниже слои насадки в виде струек, капель и брызг. Часть поверхности насадки бывает смочена неподвижной (застойной) жидкостью.

Их преимуществом является простота устройства, особенно важная при работе с агрессивными средами, так как в этом случае требуется защита от коррозии не только корпуса колонны и поддерживающих насадку решеток,

Насадка же может быть выполнена из химически стойкого материала (фарфор, керамика). Другое преимущество насадочных колонн - более низкое, чем в тарельчатых абсорберах гидравлическое сопротивление.

Однако насадочные колонны мало пригодны при работе с загрязненными жидкостями, а в случае малых количеств орошающей жидкости не дают удовлетворительных результатов, так как при низкой плотности орошения не достигается полная смачиваемость насадки. Кроме того, в насадочных колоннах затруднен отвод тепла, выделяющегося при поглощении газа; отвод тепла может быть осуществлен только в выносных холодильниках - путем рециркуляции поглотителя или путем промежуточного охлаждения.

Похожие статьи




Сравнительная характеристика абсорберов - Процессы химической технологии

Предыдущая | Следующая