3.2.4. Абсорберы с механическим перемешиванием жидкости

Конструкция подобных аппаратов приведена на рис.22.

Такие абсорберы представляют собой сосуды с мешалками, в которых газ барботирует через слой перемешиваемой жидкости. Механическое перемешивание

Рис.22. Схема абсорберов с механическим перемешиванием жидкости.

а) Аппарат с центральным вводом газа;

б) Аппарат с вводом газа через перфорированное

кольцо; в) Аппарат с вводом газа через вал.

повышает скорость массопередачи, т.к. касательные напряжения, возникаю­щие в жидкости при перемешивании, вызывают дробление пузырьков газа, что ведёт к увеличению поверхности соприкосновения фаз. Их сопротивление опре­деляется высотой уровня жидкости.

Подобные аппараты применяют при небольших отношениях газ: жидкости, а также, если в жидкости есть механические примеси или требуется длительное I время пребывания жидкости в аппарате. Тепло отводится с помощью рубашки или змеевика, по которым пропускают хладоагент.

Наиболее употребительны турбинные мешалки с прямоугольными лопа­стями (а), создающие радиальный поток перемешиваемой жидкости. Чтобы избе­жать образования воронки у стенок располагают отражающие перегородки.

Рекомендуются следующие соотношения: H/D = 1 - 4 и D/d = 2,5 - 4. Ок­ружная скорость на конце лопаток 3-8 м/с.

При больших отношениях (H/D > 2,5) применяют многорядные мешалки При малом расстоянии между турбинами нижняя турбина создаёт осевое движе­ние жидкости, что не благоприятствует абсорбции. Наилучшие результаты достигаются при h/d =3-7.

3.3. Распиливающие абсорберы

Распыливающие абсорберы делятся на три группы:

1. Полые (форсуночные) - представляют собой колонны или камеры в которых движется газ, встречающий на своём пути жидкость, распыляемую на капли при помощи форсунок (распылителей);

2. Скоростные прямоточные распыливающие абсорберы, в которых рас­пыление жидкости осуществляется за счеткинетической энергии движущегося с большой скоростью газового потока;

3. Механические распыливающие абсорберы, в которых жидкость рас­пыляется вращающимися деталями.

3.3.1. Форсуночные абсорберы

В этих абсорберах (рис.23) газ обычно движется снизу вверх, а жидкость подаётся через расположенные в верхней части колонны распылители с направ­лением факела распыла сверху вниз «а)» или под некоторым углом к горизон­тальной плоскости «б)». Во многих случаях, особенно при большой высоте ко­лонны, распылители располагаются в несколько ярусов. При этом, факелы распы­ла направляют сверху вниз или под углом к горизонтальной плоскости, либо, на­конец, снизу вверх. Применяют также комбинированную установку распылите­лей: часть факелом вверх, а часть факелом вниз. Наиболее низкий коэффициент массопередачи в случае «г)», а наиболее высокий в «е)».

В абсорбере, где распылители с направлением факела сверху вниз распо­ложены в один ярус теоретически осуществляется противоток. Однако, вследствии циркуляции и перемешивания газа такие аппараты по характеру контакта газа и жидкости ближе к аппарату с полным перемешиванием и эффективная движу­щая сила в них ниже, чем в противотоке.

В многоярусных полых абсорберах, а также в абсорберах с направленным факелом распыла вверх, противоток отсутствует, хотя движущая сила примерно такая же, а эффективность выше.

В рассмотренных абсорберах газ распределяется неравномерно, что сни­жаем их эффективность. Предложено несколько конструкций, улучшающих распределение

газа. Например, «в)». Через отверстие в пережиме газ идет с большой скоростью (6-10 м/с), что способствует более равномерному его распределению вследствии добавочного сопротивления в пережиме. Добавочное сопротивление может быть создано также тонким слоем насадки, отделяющим струю газа от ос­новного объёма аппарата.

В циклонном распиливающем абсорбере (скруббере) сделана попытка из­бежать неравномерности в распределении газа (рис.24).

Рис.24. Схема циклонного скруббера

1. Центральная труба; 2. Форсунки.

Газ движется вверх по винтовой линии, а поглотитель разбрызгивается че­рез расположенные на центральной трубе 1 форсунки 2. Часть поглотителя попа­дает на стенки и стекает по ним плёнкой. Но достичь равномерности в распреде­лении газа не удалось, т.к. у стенки он движется со сравнительно большой скоро­стью (по винтовой линии), а в центре аппарата скорость газа мала. Поверхность контакта фаз в полом абсорбере пропорциональна плотности орошения, поэтому, при низких степенях орошения эти абсорберы работают неудовлетворительно. Обычно применяют плотность орошения не ниже 10-20 м/ч и не выше 30 - 45 м/ч. Во избежание уноса распылённой жидкости скорость газа не превышает 1 -5,5 м/с.

Достоинством полых распиливающих абсорберов служит простота конст­рукции, низкая стоимость, малое гидравлическое сопротивление и возможность работы при сильно загрязнённых газах.

Недостатками подобных аппаратов является невысокая эффективность, обусловленная перемешиванием газа и плохим заполнением объёма факелом рас­пылённой жидкости. Кроме того, расход энергии на распыление жидкости до­вольно высок (0,3 - 1,0 кВтч на 1 т жидкости).

В качестве форсунок в основном используются: механические, центробежные и ударные устройства (рис.25).

Рис.25. Основные типы форсунок.

а) Центробежная с тангенциальным вводом жидкости;

б) С винтовым вкладышем; в) Ударная,

г) С взаимным ударом двух струй.

Из всего многообразия форсунок в абсорберах обычно используют механические форсунки, в которых распыление происходит за счёт энергии жидкости, подаваемой под избыточным давлением 0,25 - 0,3 МПа. Их конструкция выбира­ется такой, чтобы обеспечить надёжную работу при распылении загрязнённых жидкостей. Такие форсунки дают более грубый распыл, но отсутствие в конст­рукции узких каналов и щелей, характерных для форсунок тонкого распыла, обеспечивает их работу без забивания.

Приведённые типы форсунок дают полый факел, в котором у периферии создаётся максимальная плотность орошения, а в направлении к центру она быст­ро падает почти до нуля.

Для получения сплошного заполненного факела распыла с равномерной плотностью орошения применяют цельнофакельные форсунки. В них жидкость делится на два потока. Одному потоку сообщается вращательное движение, а дру­гой направляется непосредственно к выходному отверстию. Перед выходом из этого отверстия происходит соударение потоков, приводящее к заполнению центральной области жидкостью «г)».

Форсунки характеризуются: производительностью, углом конусности фа­кела распыла, распределением жидкости по сечению и дисперсностью капель. Для рассмотренных форсунок, угол при вершине конуса, образованном факелом распыла, составляет 55 - 90° при длине факела 0,6 - 1,8 м. Для маловязких жидко­стей угол конусности факела не зависит от расхода жидкости, а для вязких жид­костей - пропорционален расходу и несколько уменьшается с возрастанием вяз­кости. При подобном распылении жидкости получается полидисперсный распыл, состоящий из капель различного диаметра. Распределение капель по диаметру имеет вероятностный характер и описывается кривой распределения, которая строится по опытным данным.