3.3.3.2. Абсорберы с горизонтальным валом
Схемы аппаратов с разбрызгивающими ваннами приведены на рис.35 и 36.
Рис. 35. Схема абсорбера с разбрызгивающими валками лопастного типа.
Валки; 2,3. Перегородки.
Основным рабочим органом этих абсорберов является горизонтальный вал на котором закреплены лопасти или диски, слегка погруженные в жидкость. При вращении они захватывают жидкость и разбрызгивают её. Валки устанавливают в камерах так, что газ движется перпендикулярно или параллельно осям валков. При этом по ходу движения газа размещают перегородки.
При
небольшом числе оборотов валков факел
распыла симметричен оси
Рис.36. Схема абсорбера с разбрызгивающими дисками.
Вал; 2. Диски; 3. Перегородки.
вала, но радиус факела мал (300 - 500 мм), а капли крупные. С увеличением числа оборотов размер капель уменьшается, а размеры факела увеличиваются, причём, он начинает отклоняться от вертикальной оси в сторону противоположную вращению валков (до 700 об./мин).
3.3.3.3. Центробежные абсорберы
Схема аппарата центробежного типа приведена на рис.37.
Рис.37. Схема центробежного абсорбера.
Вал; 2. Ротор; 3. Кольца ротора; 4. Кольца статора.
На валу 1 укреплён ротор 2 с кольцами 3, между которыми расположены неподвижные кольца статора 4. При вращении ротора жидкость поднимается по внутренней поверхности колец 3 и под действием центробежной силы разбрызгивается с их верхних обрезов. Распылённая жидкость ударяется о неподвижные кольца 4 и стекает в ротор, после чего распыляется на следующем (считая от центра) кольце 3. Газ движется в зазорах между вращающимися и неподвижными кольцами (противотоком или прямотоком) пересекая факел распыла жидкости.
Разновидностью такого абсорбера является аппарат Аношина, в котором неподвижные кольца 4 заменены на радиальные лопатки.
Испытаны центробежные абсорберы, в которых статор прикреплён к ротору и вращается вместе с ним, или статор вращается в направлении противоположном ротору. Последний случай оптимален.
Поскольку центробежная сила в этих аппаратах во много раз превышает силу тяжести имеются аппараты и с горизонтальным расположением вала.
4. Сравнение абсорбционных аппаратов различных типов.
Эффективность работы аппаратов оценивается по следующим характеристикам:
1. Равновесное (парциальное) давление поглощаемого компонента в газовой фазе над уходящей жидкостью.
Если указанное давление равно нулю или мало, то можно применять с одинаковым успехом, как противоток, так и прямоток (Прямоток даёт меньшее гидравлическое сопротивление). Если равновесное давление компонента над уходящей жидкостью велико и превышает требуемое парциальное давление компонента в уходящем газе, то необходим противоток. 2. Необходимое число единиц переноса.
Единица переноса или теоретическая тарелка это элемент абсорбера, ограниченный двумя поперечными сечениями, с такой высотой, что в нём изменение концентрации поглощаемого компонента в любой из фаз равно средней движущей силе абсорбции в этом элементе. Причём, под средней движущей силой абсорбции понимают среднюю (в данном элементе) разницу концентраций поглощаемого компонента в одной из фаз и равновесную его концентрацию в той же фазе при тех же условиях абсорбции.
Число теоретических тарелок определяется конструктивными размерами и типом абсорбера при неизменных условиях абсорбции и типах абсорбата и абсорбента, т.е. некий конкретный абсорбер с конкретными размерами и устройством при определённых давлении и температуре по отношению к поглощению одного компонента имеет теоретических тарелок, а по отношению другого компонента теоретических тарелок.
Чем совершеннее конструкция аппарата по приспособленности к поглощению данного компонента, тем большее число теоретических тарелок помещается в единице его высоты.
Если равновесное давление компонента над уходящей жидкостью равно нулю, число теоретических тарелок в аппарате не зависит от вида взаимного движения фаз. Если же равновесное давление над уходящей жидкостью не равно нулю, то при противотоке в аппарате будет больше теоретических тарелок.
Если для поглощения данного компонента необходимо много теоретических тарелок, то это требует аппаратов большой высоты или нескольких последовательно соединённых аппаратов, или аппаратов такой конструкции, чтобы высота теоретической тарелки была минимальна.
Существуют специальные расчеты для определения необходимого числа теоретических тарелок для заданного поглощения данного компонента конкретной жидкостью.
3. Отношение объёмных расходов жидкости и газа.
Это отношение определяется на основе материального баланса содержанием компонента в поступающем и уходящем газе, а также в поступающей и уходящей жидкости. В обычных условиях это отношение изменяется в пределах от 0,0005 до 0,005. Чем совершеннее абсорбер, тем меньше это соотношение при прочих равных условиях.
4. Отвод выделяемого тепла.
Отвод тепла, выделяющегося при абсорбции, может производиться либо охлаждением в выносных холодильниках, либо путём внутреннего охлаждения, либо охлаждением за счёт испарения части поглотителя. Первый способ наиболее распространён, но он наихудший, ибо требует перекачки жидкости при низком коэффициенте теплопередачи. Последний способ не всегда возможен. Поэтому, тот абсорбер лучше, что позволяет применить внутреннее охлаждение.
5. Давление.
Повышение давления благоприятно влияет на процесс абсорбции, т.к. ведёт к повышению коэффициента массопередачи и движущей силе абсорбции. Кроме того, при повышенных давлениях объём газа снижается, что позволяет уменьшить диаметр аппарата.
Абсорбция под давлением проводится в тех случаях, когда давление всё равно необходимо по ходу технологического процесса. Специальное сжатие газов для проведения абсорбции практически не применяют.
Чем больше давление, под которым может работать аппарат, тем совершеннее его конструкция.
6. Гидравлическое, сопротивление.
При проведении абсорбции под повышенным давлением гидравлическое сопротивление абсорбера несущественно. Если же абсорбцию ведут при давлениях близких к атмосферному, то желательно чтобы аппарат имел как можно, ниже гидравлическое сопротивление. Сравнение лучше всего проводить по потери давления на одну теоретическую тарелку при оптимальном режиме. Чем она меньше, тем лучше аппарат. Обычно, эти потери находятся в диапазоне 20 - 500 Па/1 т.т.
7. Интенсивность.
Под ней понимают отношение объёма аппарата, к объёму подаваемого в одну секунду газа. Чем меньше эта величина, тем лучше аппарат.
Барботажные абсорберы, как правило, интенсивнее насадочных. Ещё более интенсивны плёночные абсорберы с восходящим прямотоком и скоростные прямоточные распыливающие абсорберы.
При абсорбции плохо растворимых газов интенсивность (обычно составляющая 1 - 20 с.) заметно снижается.
8. Пределы изменения нагрузок по жидкости и газу.
На практике данные нагрузки часто колеблются в широких пределах. Это ведёт к изменению режима работы абсорбера, его эффективности и гидравлического сопротивления; в результате, требуемая степень очистки газа может не достигаться.
Чем в более широком диапазоне изменения данных нагрузок может работать абсорбер, тем он совершеннее.
9. Время пребывания жидкости и газа в абсорбере.
Время пребывания жидкости и газа в абсорбере определяется их количеством, находящимся в аппарате. Время пребывания газа всегда меньше жидкости. Длительное время пребывания для газа необходимо, если абсорбция идёт медленно. Малое время необходимо, как правило, для селективной очистки. Длительное время пребывания для газа и жидкости необходимо для максимального приближения к равновесию.
Оптимальный абсорбер тот, что позволяет варьировать этими параметрами.
10. Наличие в газе или жидкости загрязнений.
При наличии загрязнений, а также в случае выпадения осадков в процессе абсорбции возможно забивание абсорбера и нарушение его работы. Чем лучше абсорбер, тем меньше он чувствителен к загрязнениям.
11. Масштаб производства.
Чем в большем диапазоне нагрузок по газу может работать абсорбер, тем совершеннее его конструкция.
12. Коррозионное воздействие среды.
Чем более устойчив абсорбер к коррозионной активности среды, тем он совершеннее.
Основные сравнительные характеристики наиболее распространённых абсорбционных аппаратов приведены в табл.1.
Табл.5.
Значения постоянных а и b
|
Темперaтура,. оС |
0 |
25 |
50 |
75 |
100 |
|
а |
1,84000 |
0,75500 |
0,42500 |
0,30800 |
0,23100 |
|
b |
0,26500 |
0,04280 |
0,01590 |
0,00985 |
0,00328 |
Табл.6.
|
|
|
Харaкreристики некоторых нacaдoчныx материалов |
| |||
|
|
|
|
Число |
|
|
|
|
|
|
Размеры |
Свободный |
Удельная |
Масса | |
|
|
Вид |
|
элеменroв в |
Объем |
|
1 м3 |
|
|
элемента |
1 м3объёма, |
поверхность | |||
|
|
насадки |
насадки, |
(сухой), |
|
насадки, | |
|
|
|
|
заполненного |
м_куб/м_куб |
м_кв/м_куб |
|
|
|
|
мм |
насадкой |
кг | ||
|
|
Кольца: |
|
|
|
|
|
|
|
Фарфоровые |
8х8хl,5 |
1465000 |
0,64 |
570 |
600 |
|
|
Керамические |
15х15х2 |
250000 |
0,70 |
330 |
690 |
|
|
Керамические |
25х25хЗ |
53200 |
0,74 |
204 |
532 |
|
|
Керамические |
35хЗ5х4 |
20200 |
0,78 |
140 |
505 |
|
|
Керамические |
50х50х5. |
6000 |
0785 |
87,5 |
5.10- |
|
\ |
Стальные |
35x35x2,5 |
19000 |
0,83 |
147 |
- |
|
|
Стальные |
50х50хl |
6000 |
0,95 |
110 |
430 |
|
|
Гравий круглый |
42 |
14400 |
0,388 |
80,5 |
- |
|
|
Андезит кусков. |
43,2 |
12600 |
0,565 |
68 |
-1200 |
|
|
Кокс кусковой |
42,6 |
14000 |
0,56 |
77 |
455 |
|
|
Кокс кусковой |
40,8 |
15250 |
0,545 |
86 |
585 |
|
|
Кокс кусковой |
28,6 |
27700 |
0,535 |
110 |
660 |
|
|
Кокс кусковой |
24,4 |
64800 |
0,532 |
120 |
600 |
Табл.7
Физические свойства пресной воды
|
Давление. |
Темперaтypа, |
Плоmность., |
Теnлоёмкостъ |
Теnлопровод- |
Вязкость. |
|
МПа |
оС |
кг/м.куб |
кДж/кгК |
ность. Вт/мК |
м кв/с |
|
0.100 |
0 |
1000 |
4.23 |
0.551 |
0,000001790 |
|
0,100 |
10 |
1000 |
4,19 |
0.575 |
0,000001310 |
|
0.100 |
20 |
998 |
4,19 |
0.599 |
0,000001010 |
|
0,100 |
30 |
996 |
4,18 |
0.6\8 |
0,000000810 |
|
0.100 |
40 |
992 |
4,18 |
0.634 |
0.000000660 |
|
0.100 |
50 |
988 |
4,18 |
0.648 |
0.000000556 |
|
0.100 |
60 |
983 |
4.18 |
0.658 |
0.000000478 |
|
0,100 |
70 |
978 |
4.19 |
0,668 |
0,000000415 |
|
0,100 |
80 |
972 |
4.19 |
0.675 |
0,000000365 |
|
0,100 |
90 |
965 |
4,19 |
0.680 |
0.000000326 |
|
0,103 |
100 |
958 |
4,23 |
0.683 |
0,000000295 |
|
0.146 |
110 |
951 |
4,23 |
0.655 |
0,000000268 |
|
0,202 |
120 |
943 |
4,23 |
0.686 |
0,000000244 |
|
0,275 |
130 |
935 |
4,27 |
0,686 |
0.000000226 |
|
0.368 |
140 |
926 |
4,27 |
0,685 |
0.000000212 |
|
0,485 |
150 |
917 |
4,32 |
0,684 |
0,000000202 |
|
0.630 |
160 |
907 |
4,36 |
0,683 |
0.000000191 |
|
0.808 |
170 |
897 |
4,40 |
0,679 |
0,000000181 |
|
1,023 |
180 |
887 |
4.44 |
0,675 |
0,000000173 |
Табл.8.
Атомные и молъные объёмы элементов
|
Атомный о6ъем. м_куб/aтомM |
Мольный объём. MJ/aтoM | ||
|
Воздух |
0,0000270 |
Н2 |
0,0000143 |
|
С |
0,0000148 |
O2 |
0,0000256 |
|
СI |
0,0000246 |
N2 |
0,0000312 |
|
Н |
0,0000037 |
Воздух |
0,0000299 |
|
N.в первичных аминах |
0,0000105 |
СО |
0,0000307 |
|
N во вторичных аминах |
0,0000120 |
CO2 |
0,0000340 |
|
N с двумя насыщенными связями 0,0000156 |
S02 |
0,0000448 | |
|
О с двумя насыщенными связями 0,0000074 |
NO |
0,0000236 | |
|
O в альгедидах и кетонах |
0,0000074 |
N20 |
0,0000364 |
|
О.в сложных эфирах |
0,0000091 |
NН3 |
0,0000258 |
|
О.в простых эфирах |
0,0000099 |
Н2О |
0,0000189 |
|
О.в высших простых и сложных эфирах 0,0000110 |
H2S |
0,0000329- | |
|
О в кислотах. |
0,0000120 |
COS |
0,0000519 |
|
О в соединениях с S,P,N |
0,0000083 |
CI2 |
0,0000484 |
|
S |
0,0000256 |
Br2 |
0,0000532 |
|
1 |
00000370 |
12 |
0,0000715 |
Таблица 9
Значения коэффициента «А»
Вещество Коэффициент «А»
Газы 1
Этиловый спирт 1,24
Метиловый спирт 1,19
Уксусная кислота 1,27
Таблица 10
Значения коэффициента «В»
Вещество Коэффициент«В»
Вода 4,7
Этиловый спирт 2,0
Метиловый спирт 2,0
Уксусная кислота 1,15
