33. Классификация абсорберов

По способу образования этой поверхности, что непосредственно связано с конструктивными особенностями абсорберов, их можно подразделить на четыре основные группы:

1. Распыливающие

2. Насадочные

3. Пленочные

4. Тарельчатые

34. Распыливающие (безнасадочные) аппараты. Достоинства и недостатки распыливающих аппаратов

Простейшее абсорбционное оборудование, обеспечивающее достаточную эффективность процесса, - это безнасадочные колонны. Они представляют собой цилиндрические или призматические сосуды, в которых орошающая жидкость разбрызгивается (обычно через серию форсунок) в направлении, противоположном потоку очищаемого газа, и в виде капель падает на дно абсорбера.

В распыливающих абсорберах контакт между фазами достигается распыливанием или разбрызгиванием жидкости в газовом потоке. Эти абсорберы подразделяют на следующие группы: 1) полые (форсуночные) распыливающие абсорберы, в которых жидкость распыляется на капли форсунками; 2) скоростные прямоточные распыливающие абсорберы, в которых распыление жидкости осуществляется за счет кинетической энергии газового потока; 3) механические распыливающие абсорберы, в которых жидкость распыляется вращающимися деталями.

Площадь поверхности контакта между газом и жидкостью пропорциональна суммарной площади поверхности капель. Чем мельче капли, тем больше суммарная площадь их поверхности ( при тотм же объеме) и лучше условия абсорбции. Однако слишком мелкие капли орошающей жидкости уносятся газовым потоком. Этот унос можно уменьшить с помощью каплеотделителя, встроенного в абсорбер либо установленного отдельно. Величина уноса ограничивает максимум полезной скорости потока в абсорбере, а также и размеры оборудования. Эффективность абсорбции в безнасадочных колоннах зависит от однородности распределения капель жидкости по всей колонне. Для достижения хорошего разделения орошающей жидкости диаметр колонны, как правило, не должен превышать 2 – 3 м. В противном случае падает эффективность и необходимо применять более сложную аппаратуру для распыления. С позиций однородности распределения капель орошающей жидкости предпочтительно применять цилиндрические абсорбционные колонны, а где прямоугольные, поскольку в углах труднее поддерживать однородность потока.

Преимущество безнасадочных колонн заключается в малом сопротивлении потоку газа (обычно от 100 до 300 Па), простоте конструкции и меньших помехах пылевых частиц в очищаемом газе. Недостатки – малая эффективность процессов диффузии и массообмена. При больших скоростях потока значительное количество орошающей жидкости уносится, следовательно, необходимость применения сниженных скоростей приводит к частичной потере преимуществ. Оборудование должно быть больших размеров либо можно использовать несколько колонн. Таким образом, этот метод применим только в определенных ситуациях, например при быстрой сорбции, или в тех случаях, когда не требуется тщательной очистки газа.

П олые распыливающие абсорберы (рис.1) представляют собой полые колонны. В этих абсорберах газ движется снизу вверх, а жидкость подается через расположенные в верхней части колонны 1 форсунки 2 с направлением факела распыла обычно сверху вниз. Эффективность таких абсорберов невысока, что обусловлено перемешиванием газа по высоте колонны и плохим заполнением ее сечения факелом распыленной жидкости. В результате объемный коэффициент массопередачи и число единиц переноса в этих аппаратах невелики. Поэтому распылительные форсунки в полых абсорберах часто устанавливают на нескольких уровнях.

Рис. 1. Устройство полых распыливающих абсорберов

а – вертикального с верхним распылом жидкости; б – вертикального с распылом жидкости по высоте аппарата; в – горизонтального с перекрестным током; 1 – корпуса; 2 – форсунки; 3 – коллектор орошающей жидкости; 4 – брызгоотбойник; 5 – газораспределительная решетка.

Полые распыливающие абсорберы отличаются простотой устройства, низкой стоимостью, малым гидравлическим сопротивлением, их можно применять для обработки сильно загрязненных газов.

К недостаткам полых распыливающих абсорберов, помимо их низкой эффективности, относятся также низкие скорости газа (до 1 м/с) во избежание уноса, неудовлетворительная их работа при малых плотностях орошения, достаточно высокий расход энергии на распыление жидкости.

Распыливающие полые абсорберы целесообразно применять для улавливания хорошо растворимых газов.

Скоростные прямоточные распыливающие абсорберы отличаются тем, что в случае прямотока процесс можно проводить при высоких скоростях газа (до 20 – 30 м/с и выше), причем вся жидкость уносится с газом и отделяется от него в сепарационном пространстве 4. К этому типу аппаратов относится абсорбер Вентури (рис.2), основной частью которого является труба Вентури. Жидкость поступает в конфузор 1, течет в виде пленки и в горловине 2 распыляется газовым потоком. Затем жидкость газовым потоком выносится в диффузор 3, в котором скорость газа снижается и его кинетическая энергия переходит в энергию давления с минимальными потерями. Отделение капель от газа происходит в сепараторе 4.

Рис. 2. Устройство бесфорсуночного абсорбера Вентури:

а – с эжекцией жидкости; б – с пленочным орошением; 1 – конфузоры; 2 – горловины; 3 – диффузоры; 4 – сепараторы; 5 – циркуляционная труба; 6 – гидравлический затвор

Механические распыливающие абсорберы. В этих абсорберах разбрызгивание жидкости производится с помощью вращающихся устройств, т.е. с подводом внешней энергии для развития поверхности фазового контакта. На рис. 3 представлен такой абсорбер, в котором разбрызгивание жидкости осуществляется с помощью лопастей (рис.3,а) или дисков (рис.3,б), закрепленных на горизонтальных валах 1. Разбрызгивающие элементы 2 устанавливают так, что газ движется перпендикулярно или параллельно осям их валов.

По сравнению с абсорберами других типов механические абсорберы более компактны и эффективны, но они значительно сложнее по конструкции и требуют больших затрат энергии для проведения процесса. Поэтому механические распыливающие абсорбера целесообразно применять в тех случаях, когда распыление с помощью форсунок или газом, взаимодействующим с жидкостью, по каким-либо причинам не представляется возможным.

При проведении абсорбции в качестве абсорбентов применяют воду, органические растворители, не вступающие в реакцию с извлекаемым газом, и водные растворы этих веществ. При хемосорбции в качестве абсорбента используют водные растворы солей, органические вещества и водные суспензии различных веществ.

Установки для абсорбции могут быть разомкнутыми (без регенерации абсорбента) и циркуляционными (с регенерацией абсорбента).

Р ис. 3. Распыливающие абсорберы:

а - с разбрызгиванием жидкости валками лопастного типа; б – с разбрызгиванием жидкости дисками; 1 – валы; 2 – разбрызгиватели; 3 - перегородки