7.1.7 Насадочные аппараты
Насадочные абсорберы представляют собой колонны, заполненные насадкой. Жидкость стекает по поверхности насадочных тел в виде тонкой пленки. Контакт газа со стекающей жидкостью происходит по поверхности смоченной насадки, поэтому насадка должна иметь как можно большую поверхность в единице объема.
Для того чтобы насадка работала эффективно, она должна удовлетворять следующим основным требованиям:
– обладать большой поверхностью в единице объема;
– хорошо смачиваться орошающей жидкостью;
– оказывать малое гидравлическое сопротивление газовому потоку;
– равномерно распределять орошающую жидкость;
– быть стойкой к химическому воздействию жидкости или газа, движущихся в колонне;
– иметь малую плотность;
– обладать высокой механической прочностью;
– иметь невысокую стоимость.
Насадок, полностью удовлетворяющих всем указанным требованиям, не существует, так как, например, увеличение удельной поверхности насадки влечет за собой увеличение гидравлического сопротивления аппарата и снижение предельных нагрузок. В промышленности применяют разнообразные по форме и размерам насадки, которые в той или иной мере удовлетворяют требованиям, являющимся основными при проведении конкретного процесса. Практическое значение имеют хордовая и кольцевая насадки, спиральная и сетчатая металлические насадки.
При работе насадочных аппаратов наблюдаются следующие гидродинамические режимы: пленочный, подвисания, эмульгирования и режим захлебывания (рисунок 7.11).
Первый режим – пленочный – жидкость стекает в виде пленки. Этот режим наименее интенсивный, но наиболее распространен из-за низкого гидравлического сопротивления.
Второй – режим подвисания – жидкость задерживается в каналах насадки; скорость течения жидкости уменьшается, а толщина ее пленки и количество удерживаемой жидкости увеличиваются. Газ и жидкость наиболее турбулизованы, увеличивается коэффициент массопередачи.
Третий – режим эмульгирования – газ пробулькивает через жидкость; жидкость накапливается в свободном объеме насадки, соответствует максимальной эффективности насадочных колонн. Коэффициент массопередачи имеет наибольшее значение. Этот режим обладает недостатками: его трудно поддерживать, резко повышается гидравлическое сопротивление, снижается движущая сила процесса.
Ч
1 – сухая насадка;
2 – орошаемая
насадка
Рисунок 7.11 –
Зависимость
гидравлического
сопротивления насадки от скорости газа
Основным показателем работы насадочной колонны является гидравлическое сопротивление, которое определяет энергетические затраты на перемещение газа через аппарат и служит важным показателем режима работы и состояния насадки в колонне.
7.1.8 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» (рисунок 7.12).
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 (рисунок 7.12а), ситчатые (рисунок 7.12б) и клапанные (рисунок 7.12в). 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.
С
а
– колпачковые тарелки; б – ситчатые
тарелки; в – клапанные тарелки
Рисунок 7.12 – Типы
тарелок с переливными устройствами