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?

⇐ Предыдущая27282930313233343536Следующая ⇒

Поделиться: