1.4 Абсорбциялы аппараттардың түрлері және олардың жұмыс істеу принциптері
Басқа масса алмасу процестері сияқты абсорбция бөлу фаза бетінде жүреді. Сондықтан абсорбциялық аппараттар – абсорберлер сұйық пен газ арасының жанасу бетінің неғұрлым жоғары болуын қамтамасыз ету керек.
Абсорберлер газды қоспаны оның компоненттерін сұйық түрінде (абсеробеттермен) іріктеу арқылы бөлу аппараты. Абсорберлер мұнай , газ, сұнай-газ өңдеу өндірістік салаларында көмірқышқыл газын кептіру және тазалап, ыдырату үшін қолданылады. Табиғи, кездейсоқ және мұнай өндіру газдарындағы абсорберлерден этан, пропан, бутан,жеңіл жанар-жағармай фракцияларын алады. Газды санитарлы тазалау кезінде абсорберлердегі күкірт қышқылын, күкірт оксидін, фтор және оның қосындыларын , хлор және хлор қышқылын, аммиак пен басқа да зиянды қоспаларды ығыстырып шығарады.
Газ қоспасының құрамы әр түрлі болуы, сонымен қатар бір фазадан екінші фазаға зат алмасу механизміне сәйкес қолдану аппараттар құрылысы да кең ауқымда. Абсорбция аппараттарының интенсификациясы газ бен сұйық фазасының жанасу бетінің ұлғаюына байланысты. Барлық масса алмасу процесінің интенсивтілігі лимитрлі деп аталады. Әртүрлі газ – сұйық жүйелермен абсорбциялық аппараттарда жұмыс істегенде, лимитрлі деңгейінде бөлінген фаза шекарасының сұйыққа масса алмасу деңгейінде де болатынын білеміз. Сол себептен абсорбция және десорбция процесі кезінде сұйық жұқа қабықша түріндегі болатын аппараттар қолданылады (әр түрлі бағытта – төмен, жоғары, бұрышпен). Аппараттың түрін таңдағанда, процестің технологиялық талабына және экономиялық көрсеткішіне аса назар аударылады. Сонымен бірге жанасқан әсерлесу бетінде газ көпіршіктері немесе газды ортада сұйық көпіршіктері пайда болуына орай, абсорберлерді шартты түрде төмендегідей түрлерге бөлуге болады:
бетті және қабықшалы;
насадкалы;
барботажды ( табақшалы);
шашыратпалы.
Төменде қарастырылатын аппараттардың көпшілік түрлері басқа масса алмасу процестерін де (ректификация, экстракция және т.б) өткізуге қолданылатынын айта кету керек [8].
Абсорберлер фаздардың бір-біріне ықпал ету әсеріне байланысты үш топқа бөлінеді: жоғарылы, барботажды және ыдыратушы. Жоғарылы абсорберлерде фаздың жоғарылы әсері сұйықтың айнасы немесе жоғарғы бірігуі (тінді абсорберлер). Бұл топқа мына аппараттар жатады: жоғары беті еркін, қондырғының реттемелі және бөлек, яғни тұрбаның гривитациялы түрдегі сұйықтықтың ішкі тігінен бірігуі нәтижесінде тіннің пайда болуы, тіннің механикалық тінмен ортаңғы күштің ықпал етуінен көрінеді. Бұл топтағы аппаратқа фазалар арасындағы барботажды қабаттардың үздіксіз қарым-қатынасы, қозғалмалы қондырғының сұйықтықты механикалық араластыратын түрі жатады.
Беттік абсорберлердің гидравликалық кедергісі өте төмен болғандықтан көптеген процестердің ауыстырылмас аппараты болып табылады. Насадкалы абсорберлер - әртүрлі пішінді қатты денелермен – насадкалармен толтырылған тік колонналы абсорберлердің құрылымы қарапайым болғандықтан, өндірісте кеңінен қолданылады. Барботажды (табақшалы) абсорберлер – бұл абсорберлер тік колонна ішіне бір-бірінен белгілі қашықтықта орналасқан көлденең бөгеттер – табақшалардан құралады. Табақшалы колонналар сұйық шығыны аз ірі тоннажды өндірісте қолданылады. Шашыратпалы абсорберлер – бұл абсорберлерде фазалар шашыратып берілген сұйықтың өте майда тамшылары бетінде жанасады.
Бетті абсорберлер жақсы еритін газдарды (мысалы HCl-ды сумен) сіңіруге қолданылады. Мұндай аппараттарда қозғалмайтын немесе өте жай қозғалатын сұйық бетіне газ өтеді. Абсорберлерде газбен сұйықтың жанасу беті аз болғандықтан, бірнеше аппарат тізбектелініп жалғанады да, газбен сұйық бір-біріне қарама-қарсы бағытты ағында өтеді. Сұйық бір аппараттан екінші аппаратқа өздігінен ағуы үшін кейінгі аппараттар бұрынғысынан төмендеу орналасады. Абсорбция процесіндегі жылуды бөліп алу үшін аппараттың ішіне сумен суытылатын ирек құбыр орнатылады.
Қабықшалы абсорберлерді өзін бөледі: ұйымдасқан қабыршақты ағын: ішкі және сыртқы құбыр бетінен қабыршақтың жеңіл ағуы; ұйымдаспаған қабыршақты ағын: насадкалы абсорберлерде.
Сонымен бірге абсорберлердің қаптама құбырлардың жұмысына ұқсас құбырлы абсорбер түрі бар. Конструкциясы бойынша әлдеқайда қарапайым бұл – паралель насадкалы орналасқан қабықшалы абсорбер.
Қарапайым ұйымдасқан қабыршақты ағынды аппараттар бұлар каскадты сөре (1 сурет, а) және конусты жүйе (2-сурет, б). Құрылғының ішінен жоғарыдан төмен қарай ағылған сұйық қабыршақты шымылдық түзеді. Осы сұйық шымылдықтан өтерде газбен әрекеттеседі. Бірдей қалыңдақта жұқа қабыршақ алу үшін, білікке 4 бекітілген ішкі конусты айналдырады. Осы қабыршақтан газдың бұзып өтуі көпіршіктердің пайда болуына әкеледі, ол деген әрекеттесу эффектілігін арттырады.
а) каскадты сөре: 1 – корпус, 2 – көлденең сөре; б) конусты жүйе: 1 – корпус, 2 – сыртқы конус, 3 – ішкі конус, 4 – білік; I – ластанған газ, IІ – тазартылған газ, III – жаңа абсорбент, IV – игерілген абсорбент.