Процессы и аппараты упаковочного производства

Оросители

Очень важной проблемой для нормальной работы абсорбера является равномерное орошение насадки. Для этой цели применяют специальные устройства-оросители (рис. 16-14), которые подразделяют на струйчатые и разбрызгивающие. К струйчатым оросителям относятся распределительные плиты, желоба, брызгалки, оросители типа сегнерова колеса и другие (рис. 16-14, А-е), а к разбрызгивающим-тарельчатые, вращающиеся центробежные и другие оросители (рис. 16-14, .ж, з). Следует, однако, помнить, что первоначальное распределение жидкости не сохраняется при дальнейшем ее течении по насадке (см. рис. 16-10).

От способа подачи орошения существенно зависят такие явления

В насадочных колоннах как брызгоунос и величина смоченной

Поверхности насадки. Унос жидкости с газом возникает в основном

И результате воздействия газа на струи жидкости, вытекающей из

• •росителя. Особенно большой унос наблюдается при орошении

Разбрызгивающими оросителями, а также в случаях, когда жид-

Кость вытекает из струйчатых оросителей на достаточно большом

Расстоянии над насадкой. Для снижения уноса над оросителем

Укладывают слой брызгоулавливающей насадки, устанавливают

Ловушки брызг на выходе газа из колонны и т. п.

При работе насадочной колонны в пленочном режиме обычно не поверхность насадки смочена жидкостью. В этом случае поверх-ь массопередачи будет меньше поверхности насадки. Отношенеи удельной смоченной поверхности Асм Ко всей удельной поверх-и насадки называется коэффициентом смачивания насадки и обозначается через , т. е. = /а. Значение в большой степени зависит от величины плотности орошения U И способа подачи •орошения на насадку, или от числа точек орошения Пор. С увеличением U И Пор До определенных значений величина возрастает, после чего остается практически постоянной. Она также растет с увеличением насадочных тел. Изменение скорости газа на значе-Н| коэффициента vy заметного влияния не оказывает.

Следует также отметить, что не вся смоченная поверхность активна для массопередачи. Это объясняется тем, что активной является лишь поверхность, покрытая текущей пленкой жидкости. Части поверхности, покрытые неподвижной пленкой жидкости, не являются активными. Отношение удельной активной поверхности и Ал Ко всей удельной поверхности насадки А Характеризует долю её активной поверхности , т. е. = Значение , при

Рис. 16-14. Оросители:а-в-распределительные плиты:а-с затопленными отверстиями, б-с затопленными отверстиями и газовыми патрубками, в-со свободным сливом (1-решётка,2-патрубки для жидкости,3-патрубки для газа)г-распределительные желоба, д-брызгалки(1-цилиндрическая,2-полушаровая,3-щелевая)е-ороситель типа сегнерова колеса, ж,з-разбрызгивающие оросители, ж-тарельчатый, з-центробежный.

Жидкость

Отверстие

Vk

0 Xu

Рис. 16-15. Схемы проведения процесса абсорбции Прямоточная и противоточная

U < 0,003 м3/(м2-с) для регулярной насадки (кольца, трубки и т. д.) может быть определено по приближенному выражению

.

При U > 0,003 м3/(м2-с) для регулярной насадки вся поверхность практически оказывается смоченной и при этом. 1 Если насадка засыпана внавал, то ее активную поверхность можно приближенно определить по следующему уравнению:

.

Из рассмотренного материала по устройству и принципу дейст-вия насадочных колонн следует, что эти аппараты, как правило, Работают по принципу противоточного движения фаз. На рис. 16-15 проведено сопоставление работы противоточных и прямоточных насадочных абсорберов.

При Противоточпой схеме Абсорбции (рис. 16-15, А) Газ идет через абсорбер снизу вверх, а жидкость стекает вниз. При этом уходящий газ соприкасается со свежим абсорбентом, над которым парциальное давление поглощаемого компонента очень мало или даже равно нулю. Поэтому при противотоке можно достичь более полного извлечения компонента из газовой смеси, чем при ПрямоТочной схеме (рис. 16-15, б), поскольку уходящий газ в этом абсорбере соприкасается с концентрированным раствором поглощаемого газа (т. е. YK При противотоке меньше YK При прямотоке), что приводит к снижению расхода абсорбента.

К основным достоинствам насадочных колонн следует прежде

Всего отнести простоту устройства и низкое гидравлическое сопротивление, а к недостаткам - сложность отвода теплоты, плохую смачиваемость насадки при низких плотностях орошения, большие объёмы насадки вследствие недостаточно высокой ее эффективности(по сравнению с тарельчатыми аппаратами).

Отвод теплоты в абсорберах и улучшение смачиваемости частообеспечиваются рециркуляцией абсорбента, несмотря на то что этосущественно усложняет и удорожает абсорбционную установку В такой установке (рис. 16-16, А) Часть жидкости с концентрацией в ка честве конечного продукта отбирают из нижней части абсорбера.

Рис. 16-16. Схема (а) И диаграмма (б) Одноступенчатой абсорбции с рециркуляцией

Жидкости:

/ адсорбер; 2 - промежуточная емкость; 3 Насос; 4 - Холодильник

7, а другую часть насосом 3 Из промежуточной емкости 2 Подают на Верх абсорбера, где она смешивается с исходным поглотителем, Имеющим начальную концентрацию Хн. В результате образуется Смесь, концентрация которой равна Хсм, причем Хсм > Хн. ОтмеТим, что возвращающаяся в абсорбер жидкость может быть попутНо охлаждена в холодильнике 4, Что приводит к понижению Температуры жидкости, орошающей абсорбер, и соответственно к Понижению температуры процесса.

В схеме с рециркуляцией абсорбента (см. рис. 16-16) через Абсорбер проходит NL Кмоль/с и рециркулирует кмоль/с абсорбента (где N-кратность циркуляции, или отношение числа киломолей абсорбента, протекающего через абсорбер к числу Киломолей исходного абсорбента). Материальный баланс процесса Выразится следующим уравнением (см. разд 16.2.):

Откуда можно найти кратность циркуляции

(16.22)

Если кратность циркуляции известна, то из уравнения (16.22) Можно найти концентрацию абсорбента и смеси Хом на входе В колонну:

(16.22а)

Линия А В' На диаграмме Y— X (рис.16-16 Б) Отвечает абсорбЦии без рециркуляции (т. е. при П= 1), при пом наклон рабочей Линии АВ' Равен отношению расходов фаз L/G При циркуляции наклон рабочей линии увеличивается (NL/G) Выражается линией АВ. Наклон рабочей линии возрастает с увеличением П До предельНой величины, когда точка В Будет находиться на линии равновесия

Линия АВ"). При этом значение П Максимально, и поступающая в Абсорбер смесь находится в равновесии с уходящим газом.

Отметим, что применение установок с рециркуляцией поглотите-лЯ целесообразно еще и тогда, когда основное сопротивление Массопереносу сосредоточено в жидкой фазе. Это объясняется тем, что при одном и том же расходе свежего абсорбента количество жидкости, проходящей через абсорбер, в этом случае будет сущестВенно больше. В результате коэффициент массоотдачи в жидкой Фазе увеличится.

5.2.5.3. Тарельчатые абсорберы

Тарельчатые абсорберы обычно представляют собой вертикальные Цилиндры-колонны, внутри которых на определенном расстоянии Друг от друга по высоте колонны размещаются горизонтальные Перегородки -тарелки. Тарелки служат для развития поверхности контакта фаз при направленном движении этих фаз (жидкость течет сверху вниз, а газ проходит снизу вверх) и многократном взаимоДействии жидкости и газа.

Таким образом, процесс массопереноса в тарельчатых колоннах осуществляется в основном в газожидкостных системах, создавае­Мых на тарелках, поэтому в таких аппаратах процесс проходит Ступенчато, И тарельчатые колонны в отличие от насадочных, И которых массоиеренос происходи! Непрерывно, Относят к группе Тупенчатых Аппаратов.

На каждой тарелке, в зависимости от ее конструкции, можно .юддерживать тот или иной вид движения фаз, обычно перекрест-'ый ток или полное перемешивание жидкости.

По способу слива жидкости с тарелки абсорберы этого типа Юдразделяют на колонны с тарелками со сливными устройствами К с тарелками без сливных устройств (с неорганизованным сливом Кидкости).

Тарельчатые колонны со сливными устройствами. К аппаратам Угого Типа относятся колонны с колначковыми, ситчатыми, клапан Лыми и другими тарелками. Эти тарелки имеют специальные Стройства для перетока жидкости с одной тарелки на другую Ливные трубки, карманы и др. Нижние концы сливных устройств Погружены в жидкость на нижерасположенных тарелках для соз­дания гидрозатвора, предотвращающего прохождение газа через JjiHBHoe устройство (рис. 16-17, я).

Принцип работы абсорберов такого типа показан на рис. 16-17,я На примере колонны с колпачковыми Тарелками. Жидкость подается На верхнюю тарелку, движется вдоль тарелки от одного сливного VСтройства к другому, перетекает с тарелки на тарелку и удаляется Из нижней части абсорбера. Переливные устройства на тарелках Располагают таким образом, чтобы жидкость на соседних по Высоте аппарата тарелках протекала во взаимопротивоположных Направлениях. Газ поступает в нижнюю часть абсорбера, проходит

68

69

Рис. 16-16. Схема (а) И диаграмма (б) Одноступенчатой абсорбции с рециркуляцией

Жидкости:

/ адсорбер; 2 - промежуточная емкость; 3 Насос; 4 - Холодильник

7, а другую часть насосом 3 Из промежуточной емкости 2 Подают на Верх абсорбера, где она смешивается с исходным поглотителем, Имеющим начальную концентрацию Хн. В результате образуется Смесь, концентрация которой равна Хсм, причем Хсм > Хн. ОтмеТим, что возвращающаяся в абсорбер жидкость может быть попутНо охлаждена в холодильнике 4, Что приводит к понижению Температуры жидкости, орошающей абсорбер, и соответственно к Понижению температуры процесса.

В схеме с рециркуляцией абсорбента (см. рис. 16-16) через Абсорбер проходит NL Кмоль/с и рециркулирует кмоль/с абсорбента (где N-кратность циркуляции, или отношение числа киломолей абсорбента, протекающего через абсорбер к числу Киломолей исходного абсорбента). Материальный баланс процесса Выразится следующим уравнением (см. разд 16.2.):

Откуда можно найти кратность циркуляции

(16.22)

Если кратность циркуляции известна, то из уравнения (16.22) Можно найти концентрацию абсорбента и смеси Хом на входе В колонну:

(16.22а)

Линия А В' На диаграмме Y— X (рис.16-16 Б) Отвечает абсорбЦии без рециркуляции (т. е. при П= 1), при пом наклон рабочей Линии АВ' Равен отношению расходов фаз L/G При циркуляции наклон рабочей линии увеличивается (NL/G) Выражается линией АВ. Наклон рабочей линии возрастает с увеличением П До предельНой величины, когда точка В Будет находиться на линии равновесия

Линия АВ"). При этом значение П Максимально, и поступающая в Абсорбер смесь находится в равновесии с уходящим газом.

Отметим, что применение установок с рециркуляцией поглотите-лЯ целесообразно еще и тогда, когда основное сопротивление Массопереносу сосредоточено в жидкой фазе. Это объясняется тем, что при одном и том же расходе свежего абсорбента количество жидкости, проходящей через абсорбер, в этом случае будет сущестВенно больше. В результате коэффициент массоотдачи в жидкой Фазе увеличится.