2. Апаратна реалізація процесів абсорбції

Апарати, в яких здійснюється процес абсорбції, називаються абсорберами. Оскільки процеси абсорбції відбуваються на поверхні розділення фаз, то абсорбери повинні мати розвинену поверхню стикання між рідиною і газом.

За способом утворення цієї поверхні абсорбційні апарати поділяють на поверхневі, барботажні (тарілчаті) і розпилюючі.

Поверхневі абсорбери. В абсорберах цього типу поверхнею зіткнення фаз є дзеркало рідини або поверхня проникаючої рідкої плівки.

Абсорбери з зіткненням фаз на поверхні дзеркала рідини являють собою посудини, в яких газ проходить над вільною поверхнею нерухомої або повільно рухомої рідини. Поверхня зіткнення газу і рідини в таких апаратах є малою, тому необхідно встановлювати ряд послідовно з'єднаних абсорберів з зустрічним рухом газу і рідини.

Для відводу тепла, що виділяється при абсорбції, в абсорберах встановлюють змійовики, які охолоджуються водою або іншим холодильним агентом.

Поміщають абсорбери в ємкості з проточною водою або зрошують зовнішні поверхні стінок абсорбера (рис. 65).

Рис. 65. Зрошувальний поверхневий абсорбер з водяним охолодженням

Абсорбер складається з ряду елементів 1, які розміщені один над одним і зрошуються ззовні водою. В кожному елементі є поріг 2, за допомогою якого підтримується певний рівень рідини. Поверхневі абсорбери є малоефективними і мають обмежене застосування. Їх використовують для абсорбції невеликих кількостей добре розчинних газів.

Плівкові абсорбери. До них відносяться трубчаті адсорбери і абсорбери з листовою насадкою.

Трубчатий абсорбер (рис. 66) за своєю будовою подібний до теплообмінника плівкового типу. Поглинач поступає на верхню трубчату решітку, розподіляється в трубах і стікає їх внутрішньою поверхнею у вигляді тонкої плівки. Газ рухається в трубах знизу вверх назустріч рідкій плівці, що стікає. Для відводу тепла, що виділяється, в міжтрубному просторі пропускають воду чи інший холодильний агент.

Абсорбер з листовою насадкою (рис. 67) являє собою колону, в якій розміщена насадка 1 у вигляді вертикальних листів твердого матеріалу (дерево, метал) або сильно натягнутих полотнищ тканини. Над насадкою розміщені розподіляючі пристрої 2 для зрошення кожного елемента насадки з обох сторін. Рух рідини і газу в цьому апараті відбувається так, як і в трубчатому абсорбері.

Рис. 66. Трубчатий плівковий абсорбер	Рис. 67. Абсорбер з листовою насадкою: 1 – насадка; 2 – розподільні пристрої

Насадочні абсорбери. Це колони, які заповнені насадкою (твердими тілами різної форми). При наявності насадки збільшується площа поверхні зіткнення газу і рідини. Основними характеристиками насадок є питома поверхня і вільний об’єм.

Рідина стікає поверхнею насадки тонкою плівкою і одночасно розподіляється в шарі насадки у вигляді крапель. При подачі рідини на хаотично завантажену насадку не досягається рівномірне розподілення рідини по перерізу насадки на всій висоті її шару, тому що густина завантаження насадки біля стінок завжди є меншою ніж вздовж осі апарата. В результаті цього рідина розтікається до стінок апарата, при цьому на деякій відстані від верхнього рівня шару зрошення центральної частини насадки часто є недостатнім (рис. 68).

Насадочні колони – найбільш поширений тип абсорберів. Перевагою їх є простота будови.

Рис. 68. Насадочний абсорбер:

1 – насадка; 2 – решітка; 3 – розподільний стакан; 4 – направляючий конус

Барботажні абсорбери. В них поверхня зіткнення фаз збільшується потоками газу, що розподіляються в рідині у вигляді бульбашок і струмків. Такий рух газу, що називається барботажним, здійснюється в тарілчатих колонах з ковпачковими, сітчастими або провальними тарілками. Особливістю тарілчатих колон є ступінчатий характер процесу (на відміну від безперервного процесу в насадочних колонах), а саме: газ і рідина послідовно зіштовхується на окремих ступенях (тарілках) апарату.

Розпилюючі абсорбери. В розпилюючих абсорберах утворення поверхні зіткнення фаз забезпечується шляхом розпилення рідини в масі газу на дрібні краплі. Такі абсорбери виготовляються у вигляді колон, в яких розпилення рідини здійснюється зверху донизу, а газ рухається знизу догори. Застосовуються вони, головним чином, для поглинання добре розчинного газу.

Розпилення рідини забезпечують механічними або пневматичними форсунками і відцентровими розпилювачами.

Перевагами розпилюючих абсорберів є їх простота і дешевизна, низький гідравлічний опір та можливість використання при абсорбції газів, які сильно забруднені механічними домішками. До їх недоліків відносять: неможливість застосування забруднених рідин як поглиначів, необхідність витрати енергії на розпилення рідини і застосування великих густин зрошення.

Останнім часом широкого застосування набуди абсорбери з розпиленням рідини в швидкорухомому потоці газу (швидкість складає 20-80 м/с). Такі абсорбери за будовою подібні до струйних скруберів Вентурі і відрізняються великою інтенсивністю та високою ефективністю роботи. Їх недоліками є великий гідравлічний опір і прямотечійна взаємодія газу та рідини, у зв’язку з чим ці абсорбери застосовуються лише в тих випадках, коли за умовами процесу можна обмежитися однією-двома ступенями абсорбції.

До розпилюючих апаратів відносяться також механічні абсорбери, в яких розбризкування рідини здійснюється конструктивними деталями, що обертаються. Всередині нерухомого корпусу обертається горизонтальний вал, на якому насаджені сітчасті диски, що частково занурені в рідину. При обертанні валу рідина збільшується в об’ємі за допомогою дисків і розпилюється у вигляді дрібних крапель.

Механічні абсорбери – досить ефективні, їх недоліками є складність будови і значна витрати енергії.