Расчет насадочного абсорбера

1) трубчатые абсорберы;

2) абсорберы с плоско-параллельной  или листовой насадкой;

3) абсорберы с восходящим  движением пленки жидкости.

 

Рисунок  Трубчатый  абсорбер

1 – трубная решетка, 2 -трубы

 

Трубчатый абсорбер сходен по устройству с вертикальным кожухотрубчатым теплообменником. Абсорбент поступает на верхнюю трубную решетку 1, распределяется по трубам 2 и стекает по их внутренней поверхности в виде тонкой пленки. В аппаратах с большим числом труб для более равномерной подачи и распределения жидкости по трубам используют специальные распределительные устройства. Газ движется по трубам снизу вверх навстречу стекающей жидкой пленке. Для Отвода тепла абсорбции по межтрубному пространству пропускают воду или другой охлаждающий агент.

 

Рисунок  Абсорбент с плоскопараллельной насадкой.

1 – листовая насадка, 2 – распределительное устройство.

 

Абсорбер с плоскопараллельной насадкой. Этот аппарат представляет собой колонну с листовой насадкой 1 в виде вертикальных листов из различного материала (металл, пластические массы и др.) или туго натянутых полотнищ из ткани. В верхней части абсорбера находятся распределительные устройства 2 для равномерного смачивания листовой насадки с обеих сторон.

 

Рисунок  Абсорбент  с восходящим режимом движения жидкой пленки

1 – трубы, 2 – трубчатая  решетка, 3 – камера, 4 – патрубок  для подачи газа, 5 – щель для  подачи абсорбента.

 

Абсорбере восходящим движением  пленки состоит из труб 1, закрепленных в трубных решетках 2. Газ из камеры 3 проходит через патрубки 4, расположенные соосно с трубами 1. Абсорбент поступает в трубы через щели 5. Движущийся с достаточно большой скоростью газ увлекает жидкую пленку в направлении своего движения (снизу вверх), т. е. аппарат работает в режиме восходящего прямотока. По выходе из труб 1 жидкость сливается на верхнюю трубную решетку и выводится из абсорбера. Для отвода тепла абсорбции по межтрубному пространству пропускают охлаждающий агент. Для увеличения степени извлечения применяют абсорберы такого типа, состоящие из двух или более ступеней, каждая из которых работает по принципу прямотока, в то время как в аппарате в целом газ и жидкость движутся противотоком друг к другу. В  аппаратах с восходящим движением пленки вследствие больших скоростей газового потока (до 30—40 м/сек) достигаются высокие значения коэффициентов массопередачи, но, вместе с тем, гидравлическое сопротивление этих аппаратов относительно велико.

Барботажные (тарельчатые) абсорберы. Тарельчатые абсорберы представляют собой, как правило, вертикальные колонны, внутри которых на определенном расстоянии друг от друга размещены   горизонтальные  перегородки — тарелки. С помощью тарелок осуществляется направленное движение фаз и многократное взаимодействие жидкости и газа.

В настоящее время  в промышленности применяются разнообразные конструкции тарельчатых аппаратов.

 

Рисунок   Тарельчатая  колонна со сливными устройствами

1 – тарелка, 2 – сливные  устройства

 

Тарельчатые колонны  со сливными устройствами. В этих колоннах перелив жидкости с тарелки на тарелку осуществляется при помощи специальных устройств — сливных трубок, карманов и т. п. Нижние концы трубок погружены в стакан на нижерасположенных тарелках и образуют гидравлические затворы, исключающие возможность прохождения газа через сливное устройство.

Принцип работы колонн такого типа виден из рисунка, где в качестве примера показан абсорбер с ситчатыми тарелками. Жидкость поступает на верхнюю тарелку 1, сливается с тарелки на тарелку через переливные устройства 2 и удаляется из нижней части колонны. Газ поступает в нижнюю часть аппарата, проходит последовательно сквозь отверстия или колпачки каждой тарелки. При этом газ распределяется в виде пузырьков и струй в слое жидкости на тарелке, образуя на ней слой пены, являющийся основной областью массообмена и теплообмена на тарелке. Отработанный газ удаляется сверху колонны.

Переливные трубки располагают  на тарелках таким образом, чтобы  жидкость на соседних тарелках протекала  во взаимнопротивоположных направлениях. За последнее время все шире применяют  сливные устройства в виде сегментов, вырезанных в тарелке и ограниченных порогом — переливом.

К тарелкам со сливными устройствами относятся: ситчатые, колпач-ковые, клапанные  и балластные, пластинчатые и др.

Гидродинамические режимы работы тарелок. Эффективность тарелок  любых конструкций в значительной степени зависит от гидродинамических режимов их работы.

В зависимости от скорости газа и плотности орошения различают  три основных гидродинамических  режима работы барботажных тарелок:

• пузырьковый,
• пенный,
• струйный, или инжекционный.

Эти режимы отличаются структурой барботажного слоя, которая в основном определяет его гидравлическое сопротивление  и высоту, а также поверхность  контакта фаз.

Пузырьковый режим. Такой  режим наблюдается при небольших  скоростях газа, когда он движется сквозь слой жидкости в виде отдельных пузырьков. Поверхность контакта фаз на тарелке, работающей в пузырьковом режиме, невелика.

Пенный режим. С увеличением  расхода газа выходящие из отверстия  и прорези отдельные пузырьки сливаются в сплошную струю, которая на определенном расстоянии от места истечения разрушается вследствие сопротивления барботажного слоя с образованием большого количества пузырьков. При этом на тарелке возникает газо-жидкостная дисперсная система — пена, которая является нестабильной и разрушается сразу же после прекращения подачи газа. В указанном режиме контактирование газа и жидкости происходит на поверхности пузырьков и струй газа, а также на поверхности капель жидкости, которые в большом количестве образуются над барботажным слоем при выходе пузырьков газа из барботажного слоя и разрушении их оболочек. При пенном режиме поверхность контакта фаз на барботаж-ных тарелках максимальна.

Струйный (инжекционный) режим. При дальнейшем увеличении скорости газа длина газовых струй увеличивается, и они выходят на поверхность барботажного слоя, не разрушаясь и образуя большое количество крупных брызг. Поверхность контакта фаз в условиях такого гидродинамического режима резко снижается.

Следует отметить, что  переход от одного режима к другому  происходит постепенно. Общие методы расчета границ гидродинамических режимов (критических точек) для барботажных тарелок отсутствуют. Поэтому при проектировании тарельчатых аппаратов обычно расчетным путем определяют скорость газа, соответствующую нижнему и верхнему пределам работы тарелки, и затем выбирают рабочую скорость газа.

 

 

 

 

 

 

Рисунок   Ситчатая тарелка

а – схема устройства колонны, б – схема работы тарелки, 1 – корпус, 2 – тарелка, 3 – переливная труба, 4 – стакан.

 

Ситчатые тарелки. Колонна  с ситчатыми тарелками (рис. XI-18) представляет собой вертикальный цилиндрический корпус 1 с горизонтальными тарелками 2, в которых равномерно по всей поверхности просверлено значительное число отверстий диаметром 1—5 мм. Для слива жидкости и регулирования ее уровня на тарелке служат переливные трубки 3, нижние концы которых погружены в стаканы 4.

Газ проходит сквозь отверстия  тарелки и распределяется в жидкости в виде мелких струек и пузырьков. При слишком малой скорости газа жидкость может просачиваться (или  «проваливаться») через отверстия тарелки на нижерасположенную, что должно привести к существенному снижению интенсивности массопередачи. Поэтому газ должен двигаться с определенной скоростью и иметь давление, достаточное для того, чтобы преодолеть давление слоя жидкости на тарелке и предотвратить стекание жидкости через отверстия тарелки.

Ситчатые тарелки отличаются простотой устройства, легкостью  монтажа, осмотра и ремонта. Гидравлическое сопротивление этих тарелок невелико. Ситчатые тарелки устойчиво работают в довольно широком интервале скоростей газа, причем в определенном диапазоне нагрузок по газу и жидкости эти тарелки обладают высокой эффективностью. Вместе с тем ситчатые тарелки чувствительны к загрязнениям и осадкам, которые забивают отверстия тарелок. В случае внезапного прекращения поступления газа или значительного снижения его давления с ситчатых тарелок сливается вся жидкость, и для возобновления процесса требуется вновь запускать колонну.

Разновидностью абсорберов с ситчатыми тарелками являются так называемые пенные абсорберы, тарелки которых, отличаются от ситчатых конструкцией переливного устройства. При одинаковом числе тарелок эффективность пенных аппаратов выше, чем эффективность абсорберов с ситчатыми тарелками. Однако вследствие большой высоты пены на тарелках гидравлическое сопротивление пенных абсорберов значительно, что ограничивает область их применения.

 

Рисунок     Схема  работы колпачковой тарелки:

1 – тарелка, 2 – газовые  патрубки, 3 – колпачки, 4– сливные  трубки

 

Колпачковые тарелки. Менее чувствительны к загрязнениям, чем колонны с ситчатыми тарелками, и отличаются более высоким интервалом устойчивой работы колонны с колпачковыми тарелками. Газ на тарелку 1 поступает по патрубкам 2, разбиваясь затем прорезями колпачка 3 на большое число отдельных струй. Прорези колпачков наиболее часто выполняются в виде зубцов треугольной или прямоугольной формы. Далее газ проходит через слой жидкости, перетекающей по тарелке от одного сливного устройства 4 к другому. При движении через слой значительная часть мелких струй распадается и газ распределяется в жидкости в виде пузырьков. Интенсивность образования пены и брызг на колпачковых тарелках зависит от скорости движения газа и глубины погружения колпачка в жидкость.

 

 

Рисунок    Схема  работы колпачка при неполном (а) и неполном (б) открытии прорезей:

1 – тарелка, 2 – колпачок, 3 – газовый патрубок

 

На схеме работы колпачка при неполном (а) и полном (б) открытии прорезей, причем в последнем случае колпачок работает наиболее эффективно. Сечение и форма прорезей колпачка имеют второстепенное значение, но желательно устройство узких прорезей, так как при этом газ разбивается на более мелкие струйки, что способствует увеличению поверхности соприкосновения фаз. Для создания большей поверхности контакта фаз на тарелках обычно устанавливают значительное число колпачков, расположенных на небольшом расстоянии друг от друга.

 

 

Рисунок    Колпачковая  тарелка с различными переливами жидкости:

а — радиальный перелив; 1 — диск; 2 — прокладка; 3 — болты; 4 — опорное кольцо; 5 — колпачки; 6 — периферийные  переливные трубки; 7 — центральная сливная трубка;

б — диаметральный  перелив; 1 —диск; 2 — опорный лист; 3 — приемный порог; 4 — сливной  порог; 5 — сменная гребенка; б  — перегородка; 7 — колпачки.

 

Колпачковые тарелки изготовляют с радиальным или диаметральным переливами жидкости. Тарелка с радиальным переливом жидкости (а) представляет собой стальной диск 1, который крепится на прокладке 2 болтами 3 к опорному кольцу 4. Колпачки 5 расположены на тарелке в шахматном порядке. Жидкость переливается на лежащую ниже тарелку по периферийным сливным трубкам 6, движется к центру и сливается на следующую тарелку по центральной трубке 7, затем снова течет к периферии и т. д.

Тарелка с диаметральным  переливом жидкости (б) представляет собой срезанный с двух сторон диск 1, установленный на опорном листе 2. С одной стороны тарелка ограничена приемным порогом 5, а с другой — сливным порогом 4 со сменной гребенкой 5, при помощи которой регулируется уровень жидкости на тарелке. В тарелке этой конструкции периметр слива увеличен путем замены сливных трубок сегментообразными отверстиями, ограниченными перегородками 6, что снижает вспенивание жидкости при ее переливе.

 

 

Рисунок    Устройство капсульного колпачка:

1 – паровой патрубок, 2 – тарелка, 3 – поперечная планка, 4 – болт, 5 – колпачок.

 

На данном рисунке  показана распространенная конструкция  штампованного капсюльного колпачка. Он состоит из патрубка 1, который  развальцован в отверстии тарелки 2, и планки 3, приваренной к верхней части патрубка. К планке с помощью болта 4 крепится колпачок 5 диаметром 80—150 мм, закрепляемый на требуемой высоте контргайкой.

Колпачковые тарелки  устойчиво работают при значительных изменениях нагрузок по газу и жидкости. К их недостаткам следует отнести сложность устройства и высокую стоимость, низкие предельные нагрузки по газу, относительно высокое гидравлическое сопротивление, трудность очистки. Поэтому колонны с колпачковыми тарелками постепенно вытесняются новыми, более прогрессивными конструкциями тарельчатых аппаратов.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2. Назначение, конструкция и устройство аппарата

 

Аппарат предназначен для поглощения газов или паров из газовых или парогазовых смесей жидкими поглотителями (абсорбентами).