ОСНОВНЫЕ ТИПЫ абсорбционных аппаратов

В зависимости от способа организации фазового контакта абсорберы подразделяют на следующие группы: поверхностные (пленочные и насадочные), барботажные, распыливающие.

Выбор типа аппарата зависит от ряда факторов: допустимой величины гидравлического сопротивления, производительности по газу, соотношения между объемными расходами фаз, характера ограничений по загрязнениям контактирующих сред, химической агрессивности фаз.

Тарельчатые колонны предпочтительны при высоких требованиях к эффективности абсорбции. При необходимости организации отвода тепла в процессе абсорбции они обеспечивают высокую эффективность при значительных колебаниях расхода газа.

Насадочные колонны стабильно работают при больших нагрузках по жидкости. Они просты в изготовлении и монтаже, имеют низкое гидравлическое сопротивление, что положительно влияет на процесс при давлениях, близких к атмосферному. Однако потеря давления в газовом потоке должна быть минимальной по экономическим соображениям.

Основные критерии при выборе абсорбера:

1. Максимальная площадь поверхности контакта между газовой и жидкой фазами при максимальной эффективности массообмена.

2. Максимальная пропускная способность по газовой и жидкой фазам, обеспечивающая высокую производительность аппарата при минимальном гидравлическом сопротивлении.

3. Устойчивость и равномерность работы по всему сечению и высоте в широком диапазоне изменения нагрузок по фазам.

4. Низкая стоимость, простота монтажа, обслуживания и ремонта.

5. Прочность, долговечность и коррозионная устойчивость.

Характеристиканасадочных абсорберов. Насадочные абсорберы представляют собой колонны, заполненные насадкой – мелкими твердыми телами различной формы (рис. 4а, б). Насадка укладывается на опорные решетки, имеющие отверстия или щели для прохождения газа и оттока жидкости, которая распределяется с целью равномерного орошения насадки распределителем.

Стекая по поверхности насадочных тел тонкой пленкой, на расстоянии четырех-пяти диаметров от ввода абсорбента, жидкость практически полностью оттесняется к периферии – возникает пристеночный эффект, препятствующий равномерному распределению жидкости по насадке (рис. 5). Возникновение пристеночного эффекта связано с тем, что в центральной части аппарата динамический напор поднимающегося вверх газа оказывается максимальным за счет близкого к параболическому распределения скоростей этого потока. Для предотвращения отрицательного влияния пристеночного эффекта насадку загружают в колонну секциями высотой в четыре-пять диаметров (но не более 3 м в каждой секции), а между секциями (слоями насадки) устанавливают перераспределители жидкости, направляющие жидкость от периферии колонны к ее оси.

При пленочном режиме течения поверхностью контакта фаз в насадочных абсорберах является смоченная поверхность насадки. При перетекании жидкости с одного элемента насадки на другой происходит разрушение пленки жидкости и образование новой пленки на нижерасположенном элементе насадки.

Переход жидкости происходит в виде струек, брызг, капель. В местах соприкосновения насадочных элементов друг с другом жидкость зачастую неподвижна и образует застойные зоны.

К основным характеристикам насадки относят ее удельную поверхностьа (м²/м³), свободный объем (порозность) ε (м³/м³) и свободное сечение S (м²/м²). Величину порозности определяют путем заполнения объема пустот в насадке водой. Отношение объема воды к объему, занимаемому всей насадкой, дает величину ε. Принимают, что свободное сечение насадки равно по величине ее свободному объему.

Насадочные колонны изготовляют в двух исполнениях: царговые – диаметром 0,4…0,8 м и цельносварные большего диаметра с насыпной и регулярной насадкой. Высота слоев определяется технологическим расчетом аппарата. Каждый слой регулярной насадки состоит из нескольких пакетов, высота которых определяется типом насадки.

Характеристика и конструктивные элементы барботажных абсорберов. В барботажных абсорберах контакт фаз осуществляется в результате диспергирования газа на струйки и пузырьки, барботирующие, пробулькивающие через слой жидкости.

Наиболее распространенные барботажные абсорберы – тарельчатые вертикальные колонны, внутри которых на определенном расстоянии друг от друга по высоте колонны располагаются горизонтальные тарелки, служащие для развития поверхности контакта фаз. В тарельчатых колоннах процесс массопередачи осуществляется в газожидкостных системах, образуемых на тарелках.

Колпачковые, ситчатые, клапанные тарелки снабжены специальными устройствами для перетока жидкости с одной тарелки на другую – сливными трубками, карманами и другими приспособлениями. Нижние концы сливных устройств погружены в жидкость на нижерасположенных тарелках для создания гидрозатвора, предотвращающего прохождение газа через сливное устройство (рис. 6). В тарельчатых абсорберах жидкость подается на верхнюю тарелку, движется вдоль тарелки от одного сливного устройства к другому, перетекает с тарелки на тарелку и удаляется из нижней части абсорбера. Переливные устройства на тарелках располагают таким образом, чтобы жидкость на соседних по высоте аппарата тарелках протекала во взаимно противоположных направлениях. Газ поступает в нижнюю часть абсорбера, проходит через прорези колпачков (отверстия, щели) и затем попадает в слой жидкости на тарелке, высота которого регулируется высотой сливного порога. При этом газ в жидкости распределяется в виде пузырьков и струй, образуя в ней слой пены, в которой собственно и происходит процесс массопереноса.

На рис. 6, б показана регулировка высоты слоя жидкости переливными трубами или перегородками. Иногда переливные трубы устанавливают снаружи колонны. Размеры переливных стоков рассчитывают в зависимости от скорости движения в них жидкости. Для обеспечения стока поверхностного слоя пены эту скорость принимают в пределах 0,15…0,20 м/с. Во избежание накапливания слоя пены на тарелке периметр перелива верхнего края стока должен быть максимальным.

Образовавшаяся пена нестабильна, и при подходе ее к сливному устройству разрушается, и жидкость осветляется. Пройдя через все тарелки, газ уходит из верхней части аппарата. Колонны обычно представляют цельносварной кожух или набор царг, соединенных на фланцах. Высота колонны складывается из количества тарелок и расстояния между ними. Диаметр колонны определяется производительностью по газу. Размеры колонны могут варьировать в широких пределах. Колонны диаметром от 0,4 м до 3,0 м нормализованы. Конструкции и устройства тарелок абсорбционных аппаратов, а также способы организации барботажа достаточно разнообразны.