Лекция № 12. Расчет и конструирование абсорбционной установки.

Абсорбцией называют процесс поглощения газов или паров из газовых или парогазовых смесей жидкими поглотителями (абсорбентами).

При физической абсорбции поглощаемый газ (абсорбтив) не взаимодействует химически с адсорбентом. Если же абсорбтив образует с абсорбентом химическое соединение, то процесс называется хемосорбцией.

Физическая абсорбция обратима. На этом свойстве основано выделение поглощенного газа из раствора - десорбция.

Абсорбция применяется главным образом для извлечения ценных компонентов из газовых смесей или для очистки этих смесей от вредных примесей, например, абсорбция SO₃ в производстве серной кислоты, абсорбция HCL с получением соляной кислоты, абсорбция NH₃, паров C₆H₆, H₂S и других компонентов из коксового газа.

Аппараты, в которых осуществляются абсорбционные процессы, называются абсорберами. Как и другие процессы массопередачи, абсорбция протекает на поверхности раздела фаз. Поэтому абсорберы должны иметь развитую поверхность соприкосновения между жидкостью и газом. По способу образования этой поверхности абсорберы можно разделить: 1) поверхностные и пленочные; 2) насадочные; 3) барботажные (тарельчатые); 4) распыливающие.

1. Поверхностные и пленочные абсорберы. В абсорберах этого типа поверхностью соприкосновения фаз является зеркало неподвижной или медленно движущейся жидкости, или же поверхность текущей жидкой пленки.

Поверхностные абсорберы используют для поглощения хорошо растворимых газов. В этих аппаратах газ проходит над поверхностью неподвижной или медленно движущейся жидкости (рисунок 45).

Рисунок 45 – Поверхностный абсорбер.

Т.к. поверхность соприкосновения в таких абсорберах мала, то устанавливают несколько последовательно соединенных аппаратов, в которых газ и жидкость движутся противотоком друг к другу. Для того, чтобы жидкость перемещалась по абсорберам самотеком, каждый последующий по ходу жидкости аппарат располагают ниже предыдущего. Поверхностные абсорберы имеют ограниченное применение вследствие малой эффективности и громоздкости.

Пленочные абсорберы более эффективны и компактны. В них поверхностью контакта фаз является поверхность текущей пленки жидкости. Различают: 1) трубчатые абсорберы; 2) абсорберы с плоско-параллельной или листовой насадкой; 3) абсорберы с восходящим движением пленки жидкости.

2. Насадочные абсорберы - это колонны, заполненные насадкой - твердыми телами различной формы (рисунок 46).

В насадочной колонне насадка 1 укладывается на опорные решетки 2, имеющие отверстия или щели для прохождения газа или стока жидкости. Жидкость с помощью распределителя 3 равномерно орошает насадочные тела и стекает вниз. Для улучшения смачивания насадки в колоннах большого диаметра насадку иногда укладывают слоями (секциями) высотой 2-3 м, и под каждой секцией, кроме нижней, устанавливают перераспределители жидкости 4.

Рисунок 46 – Насадочный абсорбер.

1 - насадка; 2 – опорная решетка; 3 - распределитель жидкости;

4 - перераспределитель жидкости.

3) Барботажные (тарельчатые) абсорберы. Эти аппараты представляют собой вертикальные колонны, внутри которых на определенном расстоянии друг от друга размещены горизонтальные перегородки - тарелки. С помощью тарелок осуществляется направленное движение фаз и многократное взаимодействие жидкости и газа. По способу слива жидкости с тарелок барботажные абсорберы можно подразделить на колонны: 1) с тарелками со сливными устройствами; 2) с тарелками без сливных устройств. Принцип работы тарельчатой колонны со сливными устройствами приведен на рисунке 47.

Рисунок 47 – Тарельчатая колонна со сливными устройствами

1 - тарелка; 2 - сливные устройства.

В этих колоннах перелив жидкости с тарелки на тарелку осуществляется при помощи специальных устройств - сливных трубок, карманов и т.п. Нижние концы трубок погружены в стакан на нижерасположенных тарелках и образуют гидравлические затворы, исключающие возможность прохождения газа через сливное устройство. Жидкость поступает на верхнюю тарелку 1, сливается с тарелки на тарелку через переливные устройства 2 и удаляется из нижней части колонны. Газ поступает в нижнюю часть аппарата, проходит последовательно сквозь отверстия или колпачки каждой тарелки. Газ при этом распределяется в виде пузырьков и струй в слое жидкости на тарелке, образуя на ней слой пены, являющийся основной областью массо и теплообмена на тарелке. Отработанный газ удаляется сверху колонны.

В тарелке без сливных устройств газ и жидкость проходят через одни и те же отверстия или щели. На тарелке одновременно с взаимодействием жидкости и газа путем барботажа происходит сток части жидкости на нижерасположенную тарелку - "проваливание" жидкости. Поэтому тарелки такого типа обычно называют провальными.

4) Распыливающие абсорберы. В этих абсорберах тесный контакт между фазами достигается путем распыливания или разбрызгивания различными способами жидкости в газовом потоке. Полый распыливающий абсорбер представляет собой колонну (рисунок 48), в верхней части корпуса 1 которой имеются форсунки 2 для распыливания жидкости. Оросители (форсунки) обычно устанавливают на нескольких уровнях. К распыливающим относятся также механические абсорберы, в которых разбрызгивание жидкости производится с помощью вращающихся устройств.

Рисунок 48 – Полый распыливающий абсорбер.

1 - колонна; 2 - форсунки.

Общие принципы расчета абсорбционной установки.

Расчет насадочного абсорбера включает:

1. Масса поглощаемого вещества и расход поглотителя.

2. Движущая сила и коэффициент массопередачи.

3. Скорость газа и диаметр абсорбера.

4. Плотность орошения и активная поверхность насадки.

5. Гидравлическое сопротивление и высота абсорбера.

Расчет тарельчатого абсорбера включает:

1. Скорость газа и диаметр абсорбера.

2. Высота светлого слоя.

3. Коэффициента массопередачи и массоотдачи.

4. Число тарелок абсорбера.

5. Выбор расстояния между тарелками и определение высоты абсорбера.

6. Гидравлическое сопротивление тарелок абсорбера.

Конструкция абсорбционной колонны диаметром 1000 мм приведена на рисунке 49.

Рисунок 49 - Конструкция абсорбционной колонны диаметром 1000 мм.

Литература: 1 осн. [190-225].

Контрольные вопросы:

1. Приведите конструкционную классификацию абсорберов.

2. В соответствии с классификацией дайте краткую характеристику основным типам абсорберов.

3. Общие принципы расчета абсорбционной установки.

4. Конструкция абсорбционной колонны.

5. Сравнительная характеристика различных конструкций абсорберов.