Гидродинамические режимы насадочных абсорберов.

I. Пленочный – небольшая плотность орошения и малая скорость газа.

Газовый поток не оказывает влияние на скорость стекания по насадке жидкой пленке. Режим заканчивается точкой подвисания (т.А)

II. Режим подвисания – повышение скорости газа увеличивает силы трения о жидкость на поверхности контакта фаз; жидкость тормозится потоком газа. При этом толщина пленки увеличивается; скорость её течения уменьшается; количество удерживаемой в насадке жидкости увеличивается; спокойное течение пленки нарушается; появляются брызги, завихрения. Режим заканчивается в т.В.

III. Режим эмульгирования – в свободном объеме насадки накапливается жидкость, пока сила трения между поднимающимся газом и стекающей жидкостью не уравновесит силу тяжести жидкости, находящейся в насадке. При этом происходит инверсия фаз – жидкость становится сплошной фазой – газ – дисперсной. Образующаяся газожидкостная дисперсная система напоминает барботажный слой (пена). При этом резко возрастает. При этом эффективность max. Но поддерживать такой режим трудно, т.к. мал интервал изменения скорости газа (между т.В и С).

IV Режим уноса.

Работа в режиме II и III целесообразна, когда повышение гидросопротивления не имеет значения (абсорбер работает при повышенном давлении). Большинство абсорберов работают в режиме I.

Дано:

Опред:

1)

2) ;

3)

4)

5)

6)

7)

8)

9)

Схема расчета насадочного абсорбера

Дано:

Опред:

1) ;

2) ; ;

3)

4) ;

5)

6) ;

7)

8)

.

Устройство и принцип действия абсорберов

Абсорбция, как и другие процессы массопередачи, протекает на поверхности раздела фаз. Поэтому абсорбционные аппараты -абсорберы - должны обеспечить развитую поверхность контакта между жидкой и газовой фазами. По способу образования этой поверхности, что непосредственно связано с конструктивными особенностями абсорберов, их можно подразделить на четыре основные группы: 1) пленочные; 2) насадочные; 3) тарельчатые; 4) распыливающие.

Пленочные абсорберы

В пленочных абсорберах поверхностью контакта фаз является поверхность жидкости, текущей по твердой, обычно вертикальной стенке. К этому виду аппаратов относятся: 1) трубчатые абсорберы; 2) абсорберы с плоскопараллельной или листовой насадкой; 3) абсорберы с восходящим движением пленки жидкости.

Трубчатый абсорбер. По устройству (рисунок 16-6) он аналогичен кожухотрубчатому теплообменнику. Абсорбент поступает на верхнюю трубную решетку, распределяется по трубам 2 и стекает по их внутренней поверхности в виде тонкой пленки. В абсорберах с большим числом труб для улучшения распределения абсорбента по трубам применяют специальные распределительные устройства. Газ движется по трубам снизу вверх навстречу стекающей жидкой пленке. В случае необходимости отвода теплоты абсорбции в межтрубное пространство абсорбера подают охлаждающий агент (обычно воду).

Рисунок 16-6. Трубчатый пленочный абсорбер:1- корпус; 2 – трубки; 3 - перегородки

Абсорбер с плоскопараллельной насадкой. Такой аппарат представлен на рисунок 16-7. Пакет листовой насадки 1 в виде вертикальных листов из различного материала (металл, пластические массы, натянутая на каркас ткань и др.) помещают в колонну (абсорбер). В верхней части абсорбера находятся распределительные устройства 2 для обеспечения равномерного смачивания листовой насадки с обеих сторон.

Гидродинамические режимы в пленочных колоннах. Гидродинамика жидкой пленки, текущей по вертикальной стенке, достаточно подробно рассмотрена в гл. 6. Здесь же следует подчеркнуть, что пленочные противоточные колонны работают при скоростях газа, не превышающих скорости захлебывания. Начало захлебывания (подвисания) характеризуется резким возрастанием гидравлического сопротивления, а также количества находящейся в аппарате жидкости. При небольшом увеличении скорости газа аппарат начинает заполняться жидкостью, через которую барботирует газ. При дальнейшем повышении скорости происходит выброс жидкости вместе с газом через верхнюю часть аппарата или (при подаче жидкости снизу) переход к восходящему прямотоку.

Рисунок 16-7. Пленочный абсорбер с плоско-параллельной (листовой) насадкой:

1-пакеты листовой насадки; 2-распределительное устройство

В противоточных пленочных аппаратах допустимая скорость газа (т.е. скорость газа до точки захлебывания) достаточно высока - до 3-6 м/с. Гидравлическое сопротивление этих абсорберов мало, поскольку в пленочных абсорберах практически отсутствуют потери напора на преодоление местных сопротивлений. Поэтому пленочные противоточные аппараты целесообразно применять при больших производительностях по газу, необходимости малых гидравлических сопротивлений и сравнительно невысокой степени извлечения компонентов. Последнее обстоятельство объясняется тем, что значения ВЕП в этих аппаратах велики.

Пленочный абсорбер с восходящим движением пленки. Такие аппараты (рисунок 16-8, а, б) состоят из пучка труб 1, закрепленных в трубных решетках 2. Газ проходит через распределительные патрубки 4, расположенные соосно с трубами 1. Абсорбент поступает в трубы через щели 5 (см. узел Б). Движущийся с достаточно высокой скоростью газ увлекает жидкую пленку снизу вверх, т.е. абсорбер работает в режиме восходящего прямотока (см. разд. 6.10). По выходе из, труб 1 жидкость сливается на верхнюю трубную решетку и выводится из абсорбера. Для снижения брызгоуноса с отходящим газом в абсорбере устанавливаются брызгоотбойники 3. С целью охлаждения абсорбента в межтрубное пространство подают охлаждающий агент. Для повышения эффективности процесса применяют многоступенчатые абсорберы подобного типа.

На рисунке 16 - 8, б показан двухступенчатый пленочный абсорбер с восходящим движением жидкости, каждая ступень которого работает по принципу прямотока, в то время как в аппарате в целом газ и жидкость движутся противотоком. Применение многоступенчатых абсорберов существенно усложняет их конструкцию.

Рисунок 16-8. Пленочные абсорберы с восходящим движением жидкости: а-одноступенчатый абсорбер; б-двухступенчатый абсорбер; узел А -схема движения фаз на выходе из труб; узел Б - схема движения фаз на входе в трубы; 7- трубы; 2-трубные решетки; 3-брызгоотбойники; 4-распределительные патрубки; 5-щели для подачи абсорбента

В аппаратах с восходящим потоком жидкости можно создавать очень высокие скорости газа (порядка десятков метров в секунду), коэффициенты массопередачи при этом существенно возрастают, но одновременно с этим сильно растет их гидравлическое сопротивление. Последнее обстоятельство затрудняет широкое применение этих аппаратов для проведения процессов абсорбции при невысоких давлениях в системе.