Мал. 16-9. Насадок абсорбери:
А-з суцільним шаром насадки; 6 З секційної завантаженням насадки: / корпусу; 2 Розподіливши-ки рідини; 3 - Насадка; 4 Опорні решітки; 5 перераспределітель рідини; 6 - гидравли-етичні затвори; У емуль аніонна насадок колони: / насадка; 2 сітка, яка фіксує насадку; 3 Гідравлічний затвор; 4 Опорна решітка; 5 Розподільник газу
Рідина в насадок колоні тече по елементу насадки і вигляді тонкої плівки, тому поверхнею контакту фаз є і основному змочена поверхня насадки. Однак при перетікання рідини з одного елемента насадки на інший плівка рідини руйнується і на нижележащем елементі утворюється нова плівка. При цьому частина рідини проходить на розташовані нижче шари насадки у вигляді цівок, крапель і бризок. Частина поверхні насадки, в основному в місцях зіткнення насадок елементів один з одним, буває змочена нерухомою (застійної) рідиною. У цьому полягає основна особливість перебігу рідини в насадок колонах на відміну від плівкових, в яких плівкове протягом рідини відбувається по всій висоті апарату.
До основних характеристик насадки відносять її питому поверхню-а (м2 / м3) і вільний обсяг (м3 / м3). Зазвичай величину визначають шляхом заповнення обсягу насадки водою. Відношення обсягу води до об'єму, що займають насадкою, дає величину. Ще однією характеристикою насадки є її вільне перетин S (м2 / м2). Приймають, що вільне перетин насадки S одно за величиною її вільному обсягом, т. Е. S =.
Гідродинамічні режими в насадок абсорбера. Розглянемо гідродинамічні режими в протиточних насадок колонах, використовуючи графічну залежність гідравлічного опору зрошуваної насадки від швидкості газу в колоні (рис. 16-12).
Перший режим - плівковий - спостерігається при невеликих щільності зрошення на малих швидкостях газу. В цьому режимі відсутня вплив газового потоку на швидкість стікання по насадці
Мал. 16-12. Залежність гідравлічного опираючись-ня насадки від швидкості газу в колоні (L = const):
1 суха насадка; 2 - Зрошувана насадка
Рідкої плівки і, отже, на обсяги затриманої в насадці рідини. Плівковий режим закінчується в першій перехідній точці А На рис. 16-12, званої Точкою подвисания.
Другий режим - Режим подвисания (або Гальмування). Після точки А Підвищення швидкості газу призводить до помітного збільшення сил тертя об рідину на поверхні контакту фаз і подтормаживанию рідини газовим потоком. Внаслідок цього швидкість течії плівки рідини зменшується, а її товщина і кількість утримуваної рідини в насадці збільшуються. У режимі підвисання з підвищенням швидкості газу порушується спокійний плин плівки рідини, з'являються завихрення, бризки, збільшується змочена поверхня насадки і відповідно-інтенсивність процесу массопередачи. Цей режим закінчується в точці В.
Третій режим -режим емульгування - Виникає при перевищенні швидкості, відповідної точці В. В результаті відбувається накопичення рідини в вільному обсязі насадки до тих пір, поки сила тертя між стікає рідиною і піднімається по колоні газом не врівноважить силу тяжіння рідини, що знаходиться в насадці. При цьому настає звернення, або Інверсія, фаз (рідина стає суцільною фазою, а газ-дисперсної). Утворюється газорідинна дисперсна система, за зовнішнім виглядом нагадує барботажний шар (піну) або газожидкостную емульсію. Режим емульгування починається в найвужчому перерізі насадки, щільність засипки якої нерівномірна по перетину колони. Шляхом ретельного регулювання подачі газу режим емульгування може бути встановлений по всій висоті насадки (відрізок ВС На рис. 16-12).
Режим емульгування відповідає максимальної ефективності насадок колон переважно внаслідок збільшення контакту фаз, який в цьому режимі визначається не стільки поверхнею насадок тіл, скільки поверхнею утворюється газорідинної емульсії, що заповнює весь вільний обсяг насадки. Слід зазначити, що це підвищення ефективності насадок колони супроводжується різким збільшенням її гідравлічного опору (відрізок ВС). У насадок колонах без спеціальних пристроїв підтримувати режим емульгування дуже важко, так як малий інтервал зміни швидкостей газу, при якому насадок колони працює в цьому режимі (між
Точками В І С). Тому розроблена спеціальна конструкція емульгаціонной колони (див. Рис. 16-9, я).
Як правило, робота в режимі підвисання і емульгування доцільна тільки в разі, якщо підвищення гідравлічного опору апарату не має істотного значення (наприклад, якщо абсорбер працює при підвищених тисках). Тому більшість насадок адсорберов працює в плівковому режимі (т. Е. При швидкостях газу до точки А). Межею сталої роботи насадок колон є швидкість газу, відповідна точці інверсії (або захлебиванія). яка визначається за наступним рівнянням:
Де А Питома поверхня насадки, м2 / м3; g - прискорення вільного падіння, м / с2; S -вільне перетин насадки, м2 / м2; в'язкість рідини, сп; L 'І G "витрати рідини і газу, кг / с; для систем газ рідина А = 0,079.
З цього рівняння випливає, що зі збільшенням щільності зрошення (або витрати рідини), в'язкості рідини і зменшенням її щільності швидкість захлебиванія знижується; для великої насадки, що має більшу вільний перетин, при однакових витратах рідини і газу величина. вище.
Четвертий режим (від точки С На рис. 16-12 і вище) - режим виносу, або зверненого руху рідини, що виноситься з апарату газом. Цей режим в техніці не використовується.
Розподіл газу. Рівномірність розподілу газу по перетину абсорберов залежить від способу його введення в апарат (див. Гл. 5). При введенні по осі апарату газ рухається переважно в центральній його частині, лише поступово заповнюючи весь переріз апарату (див. Рис. 5-1, л).
При бічному введенні вхідний струмінь газу рухається до протилежної стінки і, б'ючись об неї, повертає потім вгору (див. Рис. 5-1, г). Зміна конструкції вхідного і вихідного отворів не робить істотного впливу на розподіл струменя. Наявність же опорно-розподільчої решітки значно підвищує рівномірність руху газу в основному обсязі апарату, причому це явище спостерігається в разі, якщо коефіцієнт опору решітки більше деякої величини яка визначається за довідниками.
Розглянутий випадок відноситься до розподілу газу в порожнистої колоні. Для створення більш рівномірного руху газового потоку по перерізу порожнистої колони служать додаткові спрямляются пристрою 2 (див. Рис. 5-1, в, е). У насадок колоні роль спрямляяющего пристрої виконують перш за все нижні шари насадки. Однак і для насадок колон дуже важливим є рівномірний по перетину колони введення газу під опорну решітку, і того щоб уникнути байпасірованія газу в насадці по її висоті. З цією метою відстань між днищем абсорбера і насадкою роблять досить великим. Зазвичай це відстань приймають рівним 1,0-1,5D.
А-насадка з кілець Рашига: 1-окреме кільце, 2-кільця навалом, 3-регулярна насадка; б-фасонная насадка, 1-кільця пале, 2-седлообразно насадка, 3-кільця з хрестоподібними перегородками, 4-керамічні блоки, 5 -вітие з дроту насадки, 6-кільця з внутрішніми спіралями, 7-пропелерна насадка
Вибір насадки. Як уже зазначалося, в насадок колонах поверхнею контакту фаз є змочена поверхня насад-ки. Тому насадка повинна мати якомога більшу поверх-ність в одиниці об'єму. Разом з тим для того, щоб насадка працювала ефективно, Вона повинна відповідати таким тре-бованіям: 1) добре змочуватися зрошує рідиною, т. Е. Матеріал насадки по відношенню до зрошувальної рідини повинен бути ліофільним; 2) надавати малий гідравлічний опираючись-ня газового потоку, т. Е. Мати якомога більшу значення сво-Бодня обсягу або перетину насадки; 3) створювати можливість для високих навантажень апарату по рідини і газу; для цього насадка повинна також мати великі значення е або SCB; 4) мати малу щільність; 5) рівномірно розподіляти зрошують рідина; 6) бути стійкою до агресивних середовищ; 7) мати високу механі-чеський міцністю; 8) мати невисоку вартість.
Очевидно, що насадок, які б повністю задовольняли всім зазначеним вимогам, не існує, так як відповідність одним вимогам порушує відповідність іншим (наприклад, збіль-личение питомої поверхні А Насадки тягне за собою підвищення гідравлічного опору, а також зниження гранично допус-тимих швидкостей газу і т.д.).
Тому в промисловості використовують велику кількість різно-образних за формою і розмірами насадок, виготовлених з различ-них матеріалів (металу, кераміки, пластичних мас і ін.), Які задовольняють основним вимогам при проведенні того чи іншого процесу абсорбції.
В якості насадки найбільш широко застосовують тонкостінні Кільця Рашига (рис. 16-13, я), що мають висоту, рівну діаметру, який змінюється в межах 15-150 мм. Кільця малих роз-рів засипають в колону навалом. Великі кільця (від 50 х 50 мм і вище) укладиваюг правильними рядами, зсунутими один відно-сительно одного. Такий спосіб заповнення апарату насадкою називаються вають завантаженням в укладку, а завантажену таким способом насадку-Регулярної. Регулярна насадка має ряд переваг перед НЕ-регулярної, навалом засипаній в колону: володіє меншим i ідравліческім опором, допускає великі швидкості газу. Однак регулярна насадка вимагає більш складних по влаштуванню зрошувачів, ніж насадка, засипана навалом.
Хордових насадку (див. Рис. 16-13,6) зазвичай застосовують в абсор-іерах великого діаметру. Незважаючи на простоту її виготовлення, північна насадка внаслідок невеликих питомої поверхні і вільного перетину витісняється більш складними і дорогостоя-ські видами фасонних насадок, частина з яких представлена на рис. 16-13,6. У табл. 16.1 наведені основні характеристики наса-к> до деяких типів.
При виборі розмірів насадки необхідно враховувати, що з уве-шченіем розмірів її елементів збільшується допустима ско-гь газу, а гідравлічний опір насадочного абсорбера
Дерев'яна хордових (тег в світлі 10 х 100 мм) Керамічні кільця Рашига
Керамічні кільця Рашига
Сталеві кільця Рашига Керамічні кільця
Пале Сталеві кільця
Пале Керамічні сідла
Знижується. Загальна вартість колони з великої насадкою буде нижче за рахунок зниження діаметра абсорбера, незважаючи на те що висота насадки кілька збільшиться в порівнянні з такою в абсорбере, заповненому насадкою менших розмірів. Це особливо відноситься до абсорбції добре розчинних газів. При абсорбції погано розчинних газів більш підходящою може бути і порівняно дрібна насадка.
Якщо необхідно провести глибокий поділ газової суміші, що вимагає великої кількості одиниць перенесення, то в цьому випадків раціональніше використовувати дрібну насадку. Дрібна насадка краще при проведенні абсорбції під підвищеним тиском, так як при цьому втрата напору в абсорбере складе малу частку від загального тиску газової суміші.
При виборі розміру насадки необхідно дотримуватися умови при якому відношення діаметра D колони до еквівалентного діаметру насадки D / d,> 10 [см. рівняння (6.62)].
У разі забруднених середовищ доцільно застосовувати регулярні насадки, в тому числі при роботі під підвищеним тисків Для цих середовищ можна використовувати також гак звані a6coрбери з плаваючою насадкою. В якості насадки в таких абсорбера зазвичай застосовують легкі порожнисті кулі з пластмаси які при досить високих швидкостях газу переходять у завислий стан.
Внаслідок їх інтенсивної взаємодії така насадка практично не забруднюється.
В абсорбера з плаваючою насадкою можливе створення більш високих швидкостей, ніж в колонах з нерухомою насадкою. При цьому збільшення швидкості газу призводить до розширення шару куль, що сприяє зниженню швидкості газу в шарі насадки. Тому істотне збільшення швидкості газового потоку в таких апарати-тах (до 3-5 м / с) не призводить до значного зростання їх гідравлічного опору.
Схеми промислових абсорбційних установок можна розділити На дві основні групи: 1) з одноразовим використанням абсорбентів (м е. Десорбція поглинених компонентів не проводиться); 2) з багаторазовим використанням абсорбенту (т. Е. ...
Цей метод десорбції найбільш поширений в техніці внаслідок своєї простоти. В даному випадку температура при десорбції вище, ніж при абсорбції, і тому лінії рівноваги при абсорбції і десорбції НЕ Совпа-дають. ...
Для проведення десорбції за цим методом в якості інертного газу зазвичай використовують повітря. Якщо температури повітря і надходить на десорбцію поглинача практично рівні, то теплотою виділення компонента з розчину можна ...