3. Механічні розпилюючі абсорбери.
Існує велика кількість конструкцій механічних розпилюючих абсорберів, в яких досягається висока ефективність при невеликих габаритах. До того ж механічні абсорбери мають низький гідравлічний опір.
До недоліків вказаних абсорберів відносяться: складність конструкції, наявність частин, що обертаються.
А. Абсорбери з вертикальним валом.
1. Відцентровий порожнистий абсорбер з багатодисковим розбризкувачем. Цей абсорбер є порожнистим колонним апаратом, в якому рідина розпилюється механічним пристроєм, що обертається (рис. 14). Розпилювання рідини відбувається пристроєм 1, що складається з ряду розташованих один над одним дисків, що обертаються, з діаметрами, які зменшується донизу. Краплі рідини, що злітають з дисків, рухаються в горизонтальному напрямі і, ударяючись об відбивні кільця 2, розбиваються на дрібні бризки. У колоні краплі рухаються по гвинтовій лінії, причому обертальний рух затухає при зниженні крапель (кут нахилу гвинтової лінії збільшується).
Конструкція, в якій діаметри дисків зменшуються донизу, дозволяє так розподілити рідину по об'єму апарату, що вона заповнює увесь його об'єм.
Частота обертання дисків складає від 1000 до 3500 об/хв.
Рис. 14 – Відцентровий порожнистий абсорбер з багатодисковим розбризкувачем
1 - багатодисковий розбризкував; 2 – відбивні кільця; 3 – патрубок для входу газу
2. Абсорбер із зануреним конусом, що обертається. Типовим апаратом цього типу є абсорбер Фельда (рис. 15). Усередині циліндричного кожуха 1 розташовано по висоті декілька тарілок 2, заповнених рідиною. На валу 5 закріплені конуса 4, що обертаються разом з ним. Нижні краї конусів занурені в рідину, що знаходиться на тарілках. При обертанні валу рідина піднімається по конусах і під дією відцентрової сили скидається з їх верхніх обрізів, утворюючи факел розпилу.
По висоті апарату встановлюють декілька таких зон розпилу.
Дані абсорбери застосовуються при охолодженні і очищенні газів.
Рис. 15 - Абсорбери із зануреним конусом, що обертається
а – абсорбер Фельда; б – абсорбер Сафіна
1 – кожух; 2 - тарілка; 3 - перегородка; 4 – конус; 5 – вал;
6 – конус-живильник; 7 – кільце; 8 – кільцевий жолоб;
9 – периферійний жолоб; 10 - перетік
Різновидом абсорберів із зануреним конусом, що обертається, є ротаційний апарат Сафіна, показаний на рис. 15,б. Ротор складається з конуса-живильника 6 і концентричних кілець 7. Нижній край конуса-живильника занурений у рідину, що знаходиться в кільцевому жолобі 8. Рідина, яка розбризкується конусом-живильником, збирається на внутрішній поверхні першого від центру кільця 7. Конічна відбортовка кілець перешкоджає стіканню рідини. Потім рідина розбризкується з його верхнього краю на друге кільце і так далі. Рідина, що розбризкується із зовнішнього кільця, збирається в периферійному жолобі 9 і по перетоках 10 стікає в жолоб 8. Перетікання рідини зі ступеня на ступінь відбувається при переповнюванні жолоба 8.
Гідравлічний опір такого апарату підвищується із збільшенням частоти обертання ротора пропорційно числу обертів.
Відцентрові абсорбери. Відцентровий абсорбер показаний на рис. 21. На валу 1 закріплений ротор 2 з кільцями 3, між якими розташовані нерухомі кільця 4 статора. При обертанні ротора рідина піднімається по внутрішній поверхні кілець 3 і під дією відцентрової сили розбризкується з їх верхніх обрізів. Розпилена рідина ударяється об нерухомі кільця 4 і стікає в ротор, після чого розпилюється на наступному (рахуючи від центру) кільці 3. Газ рухається в напрямі, вказаному стрілками, (протитечією, як зображено на рисунку, або прямотечією), у проміжках між кільцями, що обертаються, і нерухомими, перетинаючи при цьому факел розпиленої рідини.
Для збільшення коефіцієнту масопередачі запропоновано обертання ротора і статора в протилежні сторони.
Рис. 19 – Відцентровий абсорбер
1 – вал; 2 – ротор; 3 – кільця ротору; 4 – кільця статору
Відцентрова сила у багато разів перевищує силу тяжіння, тому у разі потреби такий абсорбер можна зробити горизонтальним - вал обертається в горизонтальній площині.
Віяловий роторно-плівковий пристрій (ВРПП)
Основними конструктивними елементами ВРПП є порожниста вісесиметрична перфорована циліндрична або конічна оболонка з розташованими на її зовнішній поверхні віялово приварених відбивних лопатей. Через отвори перфорованої оболонки витікає рідина, що розпилюється, у вигляді тонких струменів, діаметр яких значно менший за діаметр самих отворів. На відбивних лопатях вказані струмені під дією відцентрових сил та сил Коріолісу перетворюються у тонкі плівки рідини, які при сходженні з кромки відбивних лопатей інтенсивно розпадаються на дуже дрібні краплі під дією аеродинамічного впливу газового (парового) потоку в апараті. Схема утворення та розпадання віялковоподібних плівок рідини на відбивних лопатях надана на рис. 16.
Рисунок 16 - Схема утворення та розпадання плівок рідини на віялових платівках:
1 – перфорована оболонка; 2 - віялова платівка; 3 – патрубок подачі рідини
Особливістю даних пристроїв є те, що завдяки скороченню кількості стадій розпаду рідини на краплі порівняно, наприклад, з форсунками або дисковими відцентровими розпилювальними пристроями, можливе одержання більш рівномірних по розміру та більш дрібних крапель при відносно невисоких швидкостях обертання. В результаті подрібнення плівок утворюється монодисперсний розпил з діаметром крапель близько 100 мікрон. Рівномірність розпилювання зводить до мінімуму бризковиніс і дозволяє працювати з великими швидкостями газу.
Наступною позитивною конструктивною особливістю ВРПП є можливість одержання за їх допомогою об'ємних факелів розпилювання достатньо значної висоти. При цьому подача рідини у перфоровану оболонку може відбуватися як зверху, так і знизу.
В ході промислових випробувань ВРПП, які відбувалися на деяких підприємствах хімічної та інших галузей промисловості, повністю підтверджена їх висока ефективність.
На рис. 17 показаний розпилюючий абсорбер, обладнаний віяловими роторно-плівковими пристоями.
Рис. 17 – Абсорбер розпилюючий, обладнаний віяловими роторно-плівковими пристоями.
1 – верхня царга; 2 – нижня царга; 3 – опірний пристрій; 4 – нижня корзина;
5 – верхня корзина; 6 – вал; 8 – кришка; 9 – патрубок подачі рідини у верхню корзину;
10 – патрубок подачі рідини у нижню корзину; 11 - привід
Абсорбер, зображений на рис. 17, має два рівня абсорбції: у верхній та нижній камерах. Рідина для проведення процесу абсорбції у кожну камеру подається окремо.
Особливістю цього абсорбера є те, що представлена конструкція дає можливість проводити незалежну абсорбцію компонентів вихідного газу. Для цього у кожну камеру подається різна рідина. Наприклад, на один рівень подається вода, на інший – розсіл. Відведення рідини також відбувається окремо з кожного рівня. Вихідний газ проходить послідовно одидві камери
Вихрові масообмінні апарати із зустрічним рухом фаз в зоні контакту.
Вперше можливість організувати зустрічний рух фаз в одному ступені розпилу рідини було запропоновано в нашому університеті професором Б. Г. Холіним. З того часу була проведена велика робота із створення нових конструкцій вихрової масообмінної техніки із зустрічними газокраплинними потоками.
Раніше в конструкціях вихрових апаратів з перехресним і прямоточним рухом фаз використовувалися осьові завихорювачі. Кроком вперед стало використання тангенціальних завихорювачів, що дозволило створити великі швидкості в центрі так званої "вихрової камери" і отримати більш дрібнодисперсний розпил рідкої фази завдяки взаємодії високошвидкісного потоку газу і струменя розпиленої рідини, яка рухається нормально до ньойго.
Використання такого підходу дозволило створити конструкції апаратів з тангенціальними завихорювачами, які працюють таким чином (рис. 18). Потік газу, проходячи через тангенціальні завихорювачі, створює обертальний рух. До центру вихрової камери тангенціальні складові швидкості газу досягають значень близько 80-100 м/с. Газ захоплює краплі в обертальний рух і вони рухаються до периферії камери.
Рис. 18 – Схема вихрового масообмінного апарату із зустрічним рухом фаз
в зоні контакту
Існує велика кількість різноманітних конструкцій масообмінних апаратів, в яких використовується розпил рідини і вихровий рух газового потоку. Але, незважаючи на це, досі як за кордоном, так і у вітчизняному хімічному машинобудуванні були відсутні конструкції апаратів, які забезпечують зустрічний рух мікрокрапель рідини у вихровому газовому потоці по радіусу вихрової масообмінної камери.
Розпилювання струменів рідини, які вводяться в газовий потік, відбувається за рахунок енергії газу. Газовий потік втягує краплі рідини в обертальний рух. У апараті із зустрічним рухом потоків необхідно забезпечити рух крапель рідини від центру до периферії під дією відцентрових сил. При цьому газ рухається від периферії до центру, а краплі навпаки.
Проведено дослідження роботи вихрових розпилюючих масообмінних апаратів із зустрічним рухом фаз в умовах ректифікації. Запропоновано застосування вказаних апаратів при виробництві метанолу, розподіленню суміші ацетон-вода у ГІАП (Москва), а також в технологічному процесі розподілу продуктів синтезу бутоксибутенина на Сорскому молібденовому комбінаті, для очищення газових викидів на Шосткінському ВО "СВЕМА" і в цеху виробництва амофосу Сумського ВО "Хімпром" від фтору і аміаку.
Б. Механічні абсорбери з горизонтальним валом
Абсорбер з розбризкуючими валками. Основним робочим органом цих абсорберів є горизонтальний вал, на якому закріплені лопаті (рис. 19), або диски (рис. 20). Лопаті або диски злегка занурені в рідину; при обертанні вони захоплюють рідину і розбризкують її, утворюючи факел розпилу, форма якого показана на малюнках.
Рис. 19 - Абсорбер з розбризкуючими валками лопатного типу
1 – валки; 2,3 - перегорідки
Розбризкуючі валки встановлюють в камерах так, що газ рухається перпендикулярно (рис. 19), або паралельно (рис. 20) вісям валків. При цьому по ходу руху газу розміщують перегородки. Рух газу паралельний вісям валків застосовується в абсорберах з двома валками, а перпендикулярний рух - при числі валків два і більше.
Рис. 20 – Абсорбер з розбризкуючи ми дисками
1 – вал; 2 – диски; 3 - перегорідки
Абсорбери з розбризкуючими валками використовують, наприклад, для поглинання SiF4, який виділяється при виробництві суперфосфату. Поглинання здійснюють водою з отриманням кремнефтористоводневої кислоти. У цьому процесі абсорбція супроводжується виділенням твердої фази (SiO2), що утрудняє застосування насадкових або інших абсорберів.
Одним з варіантів такого абсорбера є конструкція, в якій лопаті валків замінені на зігнуті у формі букви S труби, що зачерпують при своєму русі рідину.