2.5 Конструкции абсорберов.

Абсорбция протекает на поверхности раздела фаз. Поэтому абсорберы должны обеспечить развитую поверхность контакта фаз. По способу образования поверхности раздела фаз абсорберов можно разделить на 4 группы:

- плёночные

- насадочные

- тарельчатые

- распыливающие.

Плёночные абсорберы.

В данных аппаратах поверхностью контакта фаз является поверхность жидкой пленки, стекающий по вертикальной твердой стенке и контактирующей с газовым потоком. Различают следующей аппараты этого вида: трубчатые, с плоскопараллельной насадкой и с восходящим движением пленки.

Трубчатые абсорберы (рис.2.6) аналогичны на конструкции с вертикальными кожухотрубчатыми теплообменниками. Жидкий абсорбент поступает на верхнюю трубную решетку и в виде пленки стекает по внутренней поверхности труб вниз, а навстречу ему движется газовый поток по трубам со скоростью 3 – 6 м/с. Если при абсорбции выделяется тепло, то в межтрубное пространство подается охлаждающий агент.

Рис.2.6. Трубчатый пленочный абсорбер: Рис.2.7. Пленочный абсорбер с плос-

1 – корпус; 2 – трубка; 3 – перегородки. копараллельной (листовой) насадкой:

1 – колонна, 2 – пакеты листовой на-

садки, 3 – распределительное ус-

тройство.

Аппараты с плоскопараллельной насадкой (рис.2.7) представляет собой вертикальную колонну 1, внутри которой расположены вертикально и параллельно друг к другу плоские прямоугольные листы насадки 2, изготовленные из металла, пластмасс и т.д. Жидкий абсорбент течет сверху вниз, а газ снизу вверх.

Аппараты с восходящим движением пленки жидкости (рис.2.8) схожи с трубчатыми абсорберами, однако работают в режиме восходящего прямотока, Газ двигаясь большой скоростью (более 10 м/с) увлекает жидки абсорбент по трубам в виде пленки. Преимущества этих аппаратов по сравнению с противоточными трубчатыми являются большие производительности и коэффициенты массопередачи, а недостатками – большие гидравлические сопротивления, сложность конструкции, меньшие коэффициенты извлечения.

Рис. 2.8. Пленочный абсорбер с восходящем движением жидкости:

1 - распределительная решетка; 2 - распределительные патрубки;

3 - днище;4 - трубы; 5 - щели для подачи абсорбента; 6 - верхняя трубная решетка; 7 - брызгоотбойники.

Насадочные абсорберы.

Данные аппараты представляют собой вертикальные цилиндрические колонны, заполненные твердой насадкой, предназначенной для увеличения поверхности контакта фаз. Отдельными элементами насадки могут служить тела довольной сложной формы. Разработано множество вариантов их конструкций (рис.2.9)

Рис. 2.9. Виды насадок: а) деревянная хордовая; б) кольца Рашига в навал и с упорядоченной укладкой: в) кольцо с вырезанными и внутренними выступами (кольцо Паля); г) керамические седла Берля; д) седла «Инталокс»; е) кольцо с крестообразными перегородками; ж) кольцо с внутренними спиралями; з) пропеллерная насадка.

Как правило, насадочные аппараты работают при противоточным движении фаз: жидкая фаза подается сверху, а газовая – снизу. По мере стекания жидкости по колонне нарушается равномерность ее распределения, возникает пристеночный эффект - около стенки расхода жидкости больше, чем в центральной части живого сечения аппарата.

Для предотвращения этого явления насадку укладывают секциями (Н – высота секции, D – диаметр колонны) (рис.2.10).

Рис. 2.10. Насадочный абсорбер с секционной загрузкой насадки: 1 - насадка;

2 - колонна; 3 - опорная решетка; 4 - распределительное устройство;

5 - перераспределитель жидкости; 6 - гидравлический затвор.

В зависимости от относительной скорости движения газовой и жидкой фаз в насадочном аппарате можно выделить различные режимы его работы.

Пленочный режим реализуется при малых скоростях газа, что позволяет не учитывать его влияние на пленочное гравитационное течение жидкости.

Режим подвисания наблюдается при увеличении скорости газа, приводящей к торможению внешних слоев жидкой пленки, увеличению ее толщины и количеству удерживаемой жидкости.

Режим захлебывания (эмульгирования) достигается дальнейшим увеличением скорости газа. Наступает инверсия фаз - жидкость заполняет весь свободный объем насадки и становится сплошной фазой, а газ пробулькивает сквозь нее в виде отдельных пузырьков.

Режим уноса наблюдается при еще больших скоростях газа, когда жидкость выносится из аппарата.

При различных плотностях орошения будут аналогичные данные, но смещенные по координате .

Рис.2.11. Зависимости гидравлического сопротивления насадочного абсорбера p_п от фиктивной скорости газа w₀: АВ - для сухой насадки; A_iB_iC_iD_iE_i - при различных увеличивающихся плотностях орошения; B_i - точки начала подвисания; C_i - точки начала захлебывания (инверсии); D_i - точки начала уноса.

В справочной литературе имеются соотношения, позволяющие определить границы между режимами.