Тарельчатые аппараты

Представляют собой вертикальные цилиндрические колонны, в которых на определенном расстоянии друг от друга по высоте колонны размещены горизонтальные перегородки – тарелки для развития поверхности контакта фаз.

Процесс массопереноса в тарельчатых колоннах осуществляется в газожидкостной среде, которая создается на тарелках. Следовательно, процесс проходит ступенчато, в отличие от насадочных колонн, в которых массоперенос происходит непрерывно.

По способу слива жидкости с тарелки, аппараты подразделяются на колонны с тарелками со сливными устройствами и без сливных устройств  «провальные» (рис.13.13).

В «провальных» тарелках отсутствуют переливные трубы. При этом одновременно с взаимодействием фаз на тарелке происходит сток жидкости на нижерасположенную тарелку – «проваливание» жидкости.

Тарелки со сливными устройствами бывают колпачковые (рис.13.13а), ситчатые (рис.13.13б) и клапанные (рис.13.13в). Режимы работы тарельчатых колонн, как и насадочных, определяются скоростью газа.

Пузырьковый (барботажный) режим работы характеризуется небольшими скоростями газа, газ в виде отдельных пузырьков движется через слой жидкости.

Пенный режим возникает при увеличении скорости газа, когда на тарелке образуется газожидкостная система  пена.

Рис.13.13. Типы тарелок с переливными устройствами

а – колпачковые тарелки; б – ситчатые тарелки; в – клапанные тарелки

Рис. 13.14. Тарельчатые колонны с различными типами тарелок:

a) колпачковыми; b) ситчатыми; c) S-образными; d) прямоточными

Струйный (инжекторный) режим возникает при дальнейшем увеличении скорости газа, который проходит через газожидкостной слой в виде газовых струй, не разрушаясь. Поверхность контакта намного меньше, чем в пенном режиме.

Расчет абсорберов

Исходные данные: расход газа G, его начальная и конечная концентрации, начальная концентрация абсорбента.

Определяются: расход абсорбента L, диаметр D абсорбера, высота абсорбера Н, его гидравлическое сопротивление ΔР.

Расход абсорбента определяется из уравнения материального баланса. Конечная концентрация абсорбента обычно не задана. Поэтому принимают ее как концентрацию поглощаемого газа в жидкости, находящейся в равновесии с газом.

Диаметр абсорберов определяют по уравнению расхода:

, (13.15)

где w₀ – фиктивная скорость газа, то есть скорость, отнесенная к полному сечению абсорбера, м/с.

Высота абсорберов определяется в зависимости от их типа:

– для насадочных с помощью уравнения массопередачи:

– по газовой фазе;

и

– по жидкой фазе,

где а – удельная поверхность, м²/м³;ψ – коэффициент смачиваемости насадки; для ступенчатых (тарельчатых) абсорберов в большинстве случаев определяют методом теоретической ступени (теоретической тарелки) и КПД колонны или методом построения кинетической кривой.

Гидравлическое сопротивление абсорберов ΔР зависит от гидродинамических режимов, которые определяются скоростью газа и конструктивными особенностями аппарата. Оптимальную скорость определяют технико-экономическим расчетом, при этом рассматривая влияние скорости на гидравлическое сопротивление, диаметр и высоту аппарата.