5.1.3.Массообменные аппараты с барботажем.
Барботаж — течение газа через жидкость. Этот процесс реализуется в ректификационных колоннах тарелочного типа (рис. 33.6).
В ректификационных колоннах с тарелками смесь, подвергаемая перегонке, подается в середину аппарата. При стекании смеси вниз температура ее повышается. При этом чем ниже находится смесь в колонне, тем выше ее температура и тем меньше в ней концентрация легколетучего компонента, например спирта, в воде. Эту часть называют истощающей колонной. По мере барботажа паров в верхней части колонны температура их, наоборот, понижается и концентрация легколетучего компонента повышается. Эту часть называют укрепляющей колонной. Насадочные ректификационные колонны отличаются от тарелочных тем, что колонна целиком называется либо укрепляющей, либо истощающей. Схемы барботажного процесса показаны на рисунке 33.7.
В насадочной укрепляющей колонне орошение насадки ведется флегмой, а в истощающей - питающим раствором. В обоих случаях жидкость распыляется форсунками на верхнем уровне насадки. В истощающих колоннах нижний слой насадки часто изготовляют с повышенным гидравлическим сопротивлением.
Барботирование пара через насадку обеспечивает эмульгирование жидкости, что повышает эффективность колонны. Однако в эмульгационном режиме при повышении скорости пара возможно ее «захлебывание». В этом режиме жидкость увлекается паром вверх и режим ректификации срывается. Имеются рекомендации по выбору скорости пара, несколько меньшей, чем в режиме «захлебывания», выработанные на основании обобщения экспериментальных данных.
Различают пузырьковый и струйный режимы течения газа в жидкости (см. рис. 33.7). Струйный режим характеризуется образованием факела струи, сохраняющего свою форму во времени. Длина факела обычно невелика (30...40 мм); далее он разбивается на отдельные пузырьки. При неглубоком уровне жидкости факел может прорываться через нее без распада на пузырьки. Реализация того или иного режима течения газа зависит от конструкции барботера и скорости выхода струи (перепада давлений на выходном отверстии газа).
При интенсивном струйном режиме барботажа наблюдаются три зоны течения сред над барботаж-ной тарелкой, т. е. в межтарелочном пространстве — барботажа, пены и брызг. С увеличением расхода (скорости) газовой фазы возрастают объемы зон пены и брызг, и при некоторой скорости газа вся жидкость может перейти в пену и брызги; структура пены становится подвижной, в нее проникают струи и пузырьки газа. Такой режим работы барботажнрго аппарата называют пенным. Он реализуется при скоростях движения газа в отверстиях 1...3 м/с. Этот режим работы характеризуется высокой эффективностью аппарата. Унос брызг определяется увлечением частиц жидкости газовым потоком и увеличением частиц пены при ее разрушении. Он растет с увеличением скорости и плотности газовой фазы (пара) и с уменьшением расстояний между тарелками колонны. Можно снизить унос брызг установкой жалюзийных решеток или других сепарирующих устройств на пути движения брызг.