Практическое занятие № 31

3.2. Барботажные абсорберы

3.2.1. Абсорберы со сплошным барботажным слоем

Типичные конструкции подобных аппаратов приведены на рис.103.

В нижней части абсорбера расположена пористая перегородка или плита с отверстиями 1 под которую подводится газ. Над плитой, при прохождении газа через жидкость, образуется барботажный слой (пена). Жидкость может отводиться сверху или снизу. Аппарат работает при невысоких скоростях газа (до 0,3 – 0,4 м/с). В абсорбере возникает циркуляция жидкости в вертикальном направлении – в центральной части образуются восходящие потоки из пузырьков и увлечённой жидкости, которая у стенок стекает вниз. Это уменьшает движущую силу абсорбции. Поэтому, место отвода жидкости не принципиально. Устранить этот недостаток можно двумя способами: 1. Аппарат разбивают на ряд ступеней с небольшой высотой барботажного слоя в каждой из них; 2. Применяют специальные устройства, способствующие уменьшению продольного перемешивания – так называемую барботажную насадку (рис.104).

Рис.103. Схема абсорберов со сплошным барботажным слоем

а) Противоточный аппарат; б) прямоточный аппарат

1. Плита, 2. Утка

В первом случае, в аппарате по высоте имеется ряд пассетов, предотвращающих продольное перемешивание жидкости. Каждый пассет состоит из днища 1 с отверстием посередине и дырчатого колпака 2. При необходимости отвода тепла устраивают холодильные элементы 3. Жидкость отводят снизу через утку 5.

Во втором случае слой насадки 6 покоится на решетке 7 под которую вводится газ. Жидкость поступает сверху, протекает под решетку и удаляется через утку 5. Таким образом, в аппарате осуществляется противоток между фазами. Насадка препятствует продольному перемешиванию жидкости.

3.2.2. Абсорберы тарелчатого типа

Барботажные абсорберы тарелчатого типа выполняют в виде колонн круглого сечения, по высоте которых расположены той или иной конструкции контактные устройства (тарелки), на каждой из которых осуществляется одна ступень контакта с общей организацией противотока.

Тарелки можно подразделить на 4 основных группы:

1. Тарелки перекрёстного типа, в которых движение газа и жидкости осуществляется перекрёстным током. Эти тарелки имеют специальные переливные устройства для перетока жидкости с одной тарелки на другую, причём, газ по переливам не проходит.

2. Тарелки провального (беспереливного) типа, в которых переливные устройства отсутствуют, так что газ и жидкость проходят через одни и те же отверстия. На этих тарелках контакт газа и жидкости осуществляется по схеме полного перемешивания жидкости.

3. Тарелки с однонаправленным движением газа и жидкости (прямоточные). В данном случае, газ выходит из отверстий в направлении движения жидкости по тарелке. Это вызывает снижение продольного перемешивания и способствует движению жидкости, что приводит к уменьшению гидравлического градиента. Эти тарелки обычно имеют переливы, но существуют конструкции без переливов.

4.Тарелки прочих типов.

3.2.2.1. Тарелки перекрёстного типа

Тарелки перекрёстного типа бывают нескольких видов:

а) колпачковые;

б) ситчатые;

в) клапанные;

г) колпачково – ситчатые

Устройство колпачковых тарелок приведено на рис.105.

Р ис.105. Схема колпачковых тарелок

а) Многоколпачковая тарелка; б) колпачёк; в) одноколпачковая тарелка с наружным переливом

1. Патрубки; 2. Копачки; 3. Переливы; 4. Сливной порог.

На каждой тарелке имеются патрубки 1, закрытые сверху колпачком 2. Жидкость перетекает с тарелки на тарелку через переливы 3, причём, уровень жидкости на тарелке устанавливается несколько выше верхнего обреза сливного порога. Нижняя часть переливного устройства опущена под уровень жидкости, что создаёт гидравлический затвор, не допускающий прохода газа через перелив. Движение жидкости по тарелке от перелива с вышележащей тарелки к переливу на нижележащую тарелку происходит в горизонтальном направлении. Чтобы жидкость перетекала только через переливы, а не через патрубки, верхние обрезы последних должны быть выше уровня жидкости на тарелке. Колпачки нижними краями погружены в жидкость. Газ проходит по патрубкам 1 в пространства под колпачками и, выходя далее из под колпачка, барботирует через слой жидкости.

Различные типы колпачковых тарелок отличаются, главным образом, конструкцией колпачков. Типы прорезей (и их наличие) не оказывает решающего влияния на массообмен. Но они устраняют односторонний выход газа при перекосе колпачка.

Наиболее распространены тарелки с колпачками небольшого диаметра (80 – 150 мм), но большом их количестве (многоколпачковая тарелка).

В некоторых случаях, например, при работе с загрязнёнными жидкостями, применяют одноколпачковые тарелки с диаметром до 2 м. Такие тарелки, обычно, снабжают наружными переливными устройствами.

Тарелки ситчатого типа

Устройство тарелок ситчатого типа приведено на рис.106

. Эти тарелки имеют отверстия диаметром 2 – 8 мм (иногда применяют щелевые отверстия шириной до 4 мм), через которые проходит газ, барботирующий затем через слой жидкости на тарелке. Уровень жидкости на тарелке поддерживается переливным устройством. При нормальных нагрузках по газу жидкость через отверстия не протекает, т.к. она поддерживается снизу давлением газа. При низких нагрузках по газу его давление не может удержать слой жидкости, соответствующий высоте перелива. Уровень жидкости при этом устанавливается ниже перелива и жидкость проходит через те же отверстия, через которые движется газ, т.е. тарелка работает в провальном режиме. При ещё более низких нагрузках по газу на тарелках отсутствует слой жидкости и она выключается из работы, т.е. данные тарелки по сравнению с колпачковыми обладают более узким диапазоном работы.

Аппараты с подпором пены отличаются лишь устройством перелива. В то время как в обычных абсорберах с ситчатыми тарелками происходит свободный слив жидкости через перелив тарелки в пенных абсорберах осуществляется слив с подпором пены через прямоугольное отверстие в стенке аппарата. Сам перелив наружный и выполнен в виде коробки, в которой разрушается пена. Применение такого слива с подпором пены искусственно увеличивает её высоту на тарелке. При небольших нагрузках по жидкости высота пены уменьшается и происходит свободный слив как в обычных ситчатых тарелках.

Р ис.106. Схема тарелок ситчатого типа

а) простые тарелки; б) тарелки с подпором пены.