2 Конструкция абсорбера

1. Конструкция абсорбера

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 контакта между жидкостью и газом.

По способу образования этой поверхности абсорберы условно делятся на следующие группы [1-3]:

• поверхностные;

• пленочные;

• распыливающие;

• насадочные;

• барботажные (тарельчатые).

При выборе конструкции абсорбера должны учитываться следующие требования:

• физико-химические свойства поглощаемого компонента и поглотителя;

• давление, при котором осуществляется процесс;

• соотношение нагрузок по жидкости и газу;

• возможность работы с загрязненными средами;

• простота конструкции и компактность аппарата;

• расход металла на единицу поверхности массообмена;

• стоимость изготовления и эксплуатационные расходы.

Поверхностные абсорберы используются для поглощения хорошо

растворимых компонентов, поскольку поверхность контакта фаз в них не велика, они громоздки.

Пленочные аппараты более эффективны и компактны. Их широко используют, когда необходим отвод тепла, выделяющегося при абсорбции.

Распыливающие абсорберы просты по конструкции, имеют малое гидравлическое сопротивление, однако их эффективность не велика, они требуют больших энергетических затрат на распыление жидкости, а также не могут работать с загрязненными жидкостями.

Наиболыне применение в химической технологии нашли насадочные и тарельчатые абсорберы.

Барботажные абсорберы, как правило, имеют меньший объем, чем насадочные. Однако их металлоемкость и гидравлическое сопротивление значительно выше, чем у насадочных аппаратов. Кроме этого определенные трудности возникают при выборе контактных устройств при больших нагрузках по жидкости.

Насадочные аппараты просты по конструкции, имеют низкое гидравлическое сопротивление, они незаменимы при больших плотностях орошения, которые всегда наблюдаются при поглощении трудно растворимых газов.

Учитывая изложенное выше, принимаю к разработке в проекте конструкцию насадочного абсорбера.

Интенсивность массообмена и гидравлическое сопротивление

движущимся потокам газа (пара) и жидкости во многом зависит от применяемой насадки. Сравнительные характеристики насадок различных видов приведены в [2, 3].

В первую очередь при выборе типа насадки для проведения конкретного процесса контактирования в системе газ (пар) - жидкость следует руководствоваться следующим:

• регулярную насадку, гидравлическое сопротивление которой меньше, чем нерегулярной, используют преимущественно в процессах вакуумной ректификации, в колонных аппаратах диаметром от 400 до 3600 мм, предназначенных для разделения термически нестойких и легко полимеризующихся органических смесей, а также для обработки продуктов, время пребывания которых в аппарате ограничено, например, из-за склонности к разложению;

• нерегулярную насадку используют обычно в процессах, проводимых при неглубоком вакууме или под давлением. Диаметр колонн с нерегулярной насадкой обычно не превышает 4000 мм, однако известны отдельные конструкции аппаратов диаметром до 12 м. Современная практика проектирования рекомендует применять насадочные колонны сравнительно небольшого диаметра (0,8-1 м). Это объясняется тем, что в аппаратах большого диаметра трудно достичь высокой эффективности из-за сложности обеспечения равномерного распределения газовой и жидкой фаз по сечению аппарата: жидкость и газ могут двигаться через различные сечения, не взаимодействуя друг с другом.

В условиях небольших нагрузок по газу целесообразно использование нерегулярной насадки. При больших объемах газа предпочтительно использовать регулярную насадку, так как ей обеспечивается большая пропускная способность по газу (пару), чем при использовании нерегулярной насадки. В то же время максимальная нагрузка по жидкости в аппаратах с нерегулярной насадкой достигает 300 м1ч, что на 30 - 50% больше, чем в аппаратах с регулярной насадкой. Если нагрузки по фазам меняются по высоте колонны, можно использовать аппараты с разными типами насадки: в той части аппарата, где скорость газа (пара) меньше, размещают нерегулярную насадку, а там, где больше, - регулярную. Таким образом, можно обеспечить оптимальные условия работы по всей высоте насадочных колонных аппаратов.

Также возможно размещение слоев регулярной насадки в межтарельчатом объеме колонн, снабженных, например, провальными тарелками с большим свободным сечением (до 35%) и диаметром отверстий до 25 мм. Это позволяет заметно расширить интервал устойчивой работы и увеличить КПД колонны, поскольку повышается равномерность распределения жидкости и газа и создается дополнительная поверхность тепломассообмена.

В зависимости от особенностей контактирующих фаз, в первую очередь коррозионной активности, выбирается материал насадки. Насадки изготовляют

из металла (нержавеющая сталь, нихром, никель), стекла и кварца и полимерных материалов (полихлорвинил, капрон, фторопласт). Удельная поверхность таких насадок в зависимости от размеров и формы составляет от 1000 до 3500 м²/м³, доля свободного объема 75 - 90%.

Неметаллические насадки являются обычно нерегулярными. Их основное достоинство - хорошая сопротивляемость химическому воздействию органических веществ. Основными недостатками этих насадок является их хрупкость и способность сорбировать некоторые компоненты (особенно это относится к керамическим насадкам). Все керамические насадки имеют развитую удельную поверхность (до 1000 м²/м³) и образуют поверхность контакта фаз, необходимую для заданного разделения. Использование этих насадок для вакуумной ректификации ограничивается величиной вакуума (500 кПа), что обусловлено их высоким гидравлическим сопротивлением.

Представляется целесообразным там, где это возможно, применять насадку из полимерных материалов из-за их малого насыпного веса. Будучи химически стойкой, полимерная насадка более чем в семь раз легче и дешевле металлической и может применяться в интервале температур от глубокого холода до плюс 140 - 150°С. При выборе материала насадки следует учитывать возможность разрушения материала насадки при определенных условиях ведения процесса. Так, например, полипропиленовая насадка разрушается уже при низкой температуре (100°С), если газ (пар) содержит несколько процентов кислорода. Однако в отсутствие кислорода эта насадка может работать длительное время.

Повышение температуры также ведет к разрушению насадки, изготовленной из пластика.

Широкое распространение получили насадки, выполненные из металла. Металлические кольца Рашига, Палля, седла Берля имеют лучшие гидравлические характеристики, чем неметаллические, при приблизительно той же удельной поверхности: их сопротивление не превышает 1500 Па на одну теоретическую ступень контакта, что объясняется меньшей толщиной металлической стенки по сравнению с толщиной стенки из керамики и фарфора. Эти насадки могут использоваться в процессах, в которых число ступеней контакта не превышает 15-20.

Учитывая приведенные выше рекомендации в качестве насадки, принимаем стальные кольца Палля 50x50x1.

Разработанная в курсовом проекте конструкция абсорбера для улавливания паров СО₂ водой из воздушной смеси, приведена на чертеже А2.01.000 ВО

Аппарат состоит из цельносварного корпуса 4 с приварным эллиптическим нижним днищем 1 и эллиптической крышкой 6.

Корпус колонны устанавливается на цилиндрическую вертикальную опору 4по ОСТ 26-467-78.

Внутри аппарата на опорных решетках 5 по ОСТ 4095-62 находится два слоя насадки 11 высотой по 0,5 м.

Питание исходной смесью идет на перераспределительную тарелку 9 TCH-III по ОСТ 26-705-73.