Главная Случайная страница


Полезное:

Как сделать разговор полезным и приятным Как сделать объемную звезду своими руками Как сделать то, что делать не хочется? Как сделать погремушку Как сделать так чтобы женщины сами знакомились с вами Как сделать идею коммерческой Как сделать хорошую растяжку ног? Как сделать наш разум здоровым? Как сделать, чтобы люди обманывали меньше Вопрос 4. Как сделать так, чтобы вас уважали и ценили? Как сделать лучше себе и другим людям Как сделать свидание интересным?


Категории:

АрхитектураАстрономияБиологияГеографияГеологияИнформатикаИскусствоИсторияКулинарияКультураМаркетингМатематикаМедицинаМенеджментОхрана трудаПравоПроизводствоПсихологияРелигияСоциологияСпортТехникаФизикаФилософияХимияЭкологияЭкономикаЭлектроника






Насадочные абсорберы





Широкое распространение в промыш­ленности в качестве абсорберов получили колонны, заполненные насадкой — твер­дыми телами различной формы. В насадочной колонне (рис. XIV-8) насадка 1 укладывается на опорные решетки 2, имеющие отверстия или щели для про­хождения газа и стока жидкости. Послед­няя с помощью распределителя 3 равно­мерно орошает насадочные тела и стекает вниз. По всей высоте слоя насадки равномерное распределение жидкости по сечению колонны обычно не достигается, что объясняется пристеночным эффектом — большей плотностью укладки насадки в центральной части колонны, чем у ее стенок. Вследствие этого жидкость имеет тенденцию растекаться от центральной части колонны к ее стенкам. Поэтому для улучшения смачивания насадки в колоннах большого диаметра насадку иногда укладывают слоями (секциями) высотой 2—3 м и под каждой секцией, кроме нижней, устанавливают перераспределители жид­кости 4.

В насадочной колонне жидкость течет по элементу насадки главным образом в виде тонкой пленки, поэтому поверхностью контакта фаз яв­ляется в основном смоченная поверхность насадки, и насадочные аппа­раты можно рассматривать как разновидность пленочных. Однако в последних пленочное течение жидкости происходит по всей высоте аппарата, а в насадочных абсорберах — только по высоте элемента на­садки. При перетекании жидкости с одного элемента насадки на другой пленка жидкости разрушается и на нижележащем элементе образуется новая пленка. При этом часть жидкости проходит через расположенные ниже слои насадки в виде струек, капель и брызг. Часть поверхности насадки бывает смочена неподвижной (застойной) жидкостью.

Основными характеристиками насадки являются ее удельная поверх­ность а (м22) и свободный объем к (м33). Свободный объем для не­пористой насадки обычно определяют путем заполнения объема насадки водой. Отношение объема воды к объему, занимаемому насадкой, дает величину e. В соответствии с формулой (II,125) эквивалентный диаметр насадки

(XIV,6)

Гидродинамические режимы. Насадочные абсорберы могут работать в различных гидродинамических режимах. Эти режимы видны из графика (рис. XIV-13), выражающего зависимость гидравлического сопротивления орошаемой насадки от фиктивной скорости газа в колонне.

Первый режим — пленочный — наблюдается при небольших плотностях орошения и малых скоростях газа. Количество задерживае­мой в насадке жидкости при этом режиме практически не зависит от скорости газа. Пленочный режим заканчивается в первой переходной точке (точка А, рис. XIV-13), называемой точкой подвисания.

Второй режим — режим подвисания. При противотоке фаз вследствие увеличения сил трения газа о жидкость на поверхности соприкосновения фаз происходит торможение жидкости газовым потоком. В результате этого скорость течения жидкости уменьшается, а толщина ее пленки и количество удерживаемой в насадке жидкости увеличиваются. В режиме подвисания с возрастанием скорости газа увеличивается смо­ченная поверхность насадки и соответственно — интенсивность процесса массопередачи. Этот режим заканчивается во второй переходной точке (точка В, рис. XIV-9), причем в режиме подвисания спокойное течение пленки нарушается: появляются завихрения, брызги, т.е. создаются условия перехода к барботажу. Все это способствует увеличению интен­сивности массообмена.

XIV-8.
XIV-9.

Третий режим — режим эмульгирования — возникает в ре­зультате накопления жидкости в свободном объеме насадки. Накопление жидкости происходит до тех пор, пока сила трения между стекающей жидкостью и поднимающимся по колонне газом не уравновесит силу тяжести жидкости, находящейся в насадке. При этом наступает обраще­ние, или инверсия, фаз (жидкость становится сплошной фазой, а газ — дисперсной). Образуется газо-жидкостная дисперсная система, по внешнему виду напоминающая барботажный слой (пену) или газо­жидкостную эмульсию. Режим эмульгирования начинается в самом узком сечении насадки, плотность засыпки которой, как указывалось, неравномерна по сечению колонны. Путем тщательного регулирования подачи газа режим эмульгирования может быть установлен по всей вы­соте насадки. Гидравлическое сопротивление колонны при этом резко возрастает (на рис. XIV-9 этот режим характеризуется почти вертикаль­ным отрезком ВС).

Режим эмульгирования соответствует максимальной эффективности насадочных колонн, прежде всего за счет увеличения поверхности кон­такта фаз, которая в этом случае определяется не только (и не столько) геометрической поверхностью насадки, а поверхностью пузырьков и струй газа в жидкости, заполняющей весь свободный объем насадки. Однако при работе колонны в таком режиме ее гидравлическое сопротив­ление относительно велико.

В режимах подвисания и эмульгирования целесообразно работать, если повышение гидравлического сопротивления не имеет существенного значения (например, в процессах абсорбции, проводимых при повышен­ных давлениях). Для абсорберов, работающих при атмосферном давлении, гидравлическое сопротивление может оказаться недопустимо большим, что вызовет необходимость работать в пленочном режиме. Поэтому наи­более эффективный гидродинамический режим в каждом конкретном случае можно устано­вить только путем технико-экономического расчета.

В обычных насадочных колоннах поддержа­ние режима эмульгирования представляет боль­шие трудности. Имеется специальная кон­струкция насадочных колонн с затопленной насадкой, называемых эмульгационными (рис. XIV-10). В колонне 1 режим эмульгирования устанавливают и поддержи­вают с помощью сливной трубы, выполненной в виде гидравлического затвора 2. Высоту эмульсии в аппарате регулируют посредством вентилей 3. Для более равномерного распре­деления газа по сечению колонны в ней имеет­ся тарелка 4. Эмульгационные колонны можно рассматривать как насадочные лишь условно. В этих колоннах механизм взаимодействия фаз приближается к барботажному. Пределом нагрузки насадочных абсорберов, работающих в пленоч­ных режимах, является точка эмульгирования или инверсии. В обыч­ных насадочных колоннах режим эмульгирования неустойчив и сразу переходит в захлебывание. Поэтому эту точку называют точкой захлебывания насадочных колонн. Фиктивная скорость W3 газа, соответствующая пределу нагрузки, определяется по уравнению

(XIV,7)

где Scb — свободное сечение насадки, м22; а — удельная поверхность насадки, м23; L' и G' — расходы жидкости и газа, кг/сек.

Из уравнения (XIV,7) можно заключить, что с увеличением плотности орошения снижается предельная скорость газа. В точке инверсии скорость газа уменьшается также с увеличением вязкости жидкости и снижением ее плотности. При одинаковых расходах газа и жидкости скорость газа, соответствующая точке инверсии, выше для более крупной насадки.

Четвертый режим — режим уноса, или обращенного движения жидкости, выносимой из аппарата газовым потоком. Этот режим на прак­тике не используется.

Выбор насадок. Для того чтобы насадка работала эффективно, она должна удовлетворять следующим основным требованиям:

1) обладать большой поверхностью в единице объема;

2) хорошо смачиваться оро­шающей жидкостью,

3) оказывать малое гидравлическое сопротивление газовому потоку;

4) равномерно распределять орошающую жидкость;

5) быть стойкой к химическому воздействию жидкости и газа, движущихся в колонне;

6) иметь малый удельный вес;

7) 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 (рис. XIV-11), которые в той или иной мере удовлетворяют требованиям, являющимся основными при проведении конкретного процесса абсорбции. Насадки изготавливают из разнообразных материалов (керамика, фарфор, сталь, пластмассы и др.), выбор которых диктуется величиной удельной поверхности на­садки, смачиваемостью и коррозионной стойкостью.

XIV-11.

В качестве насадки используют также засыпаемые навалом в колонну куски кокса или кварца размерами 25—100 мм. Однако вследствие ряда недостатков (малая удельная поверхность, высокое гидравлическое сопро­тивление и т.д.) кусковую насадку сейчас применяют редко.

Широко распространена насадка в виде тонкостенных керамических колец высотой, равной диаметру (кольца Рашига), который изменяется в пределах 15-150 мм. Кольца малых размеров засыпают в абсорбер навалом (рис. XIV-11, а). Большие кольца (размерами не менее 50 x 50 мм) укладывают правильным и рядами, сдвинутыми друг относи­тельно друга (рис. XIV-11, б). Этот способ заполнения аппарата насадкой называют загрузкой в укладку, а загруженную таким способом насадку — регулярной. Регулярная насадка имеет ряд преимуществ перед нерегулярной, засыпанной в абсорбер навалом, обладает меньшим гидравлическим сопротивлением, допускает большие скорости газа.

Характеристика насадок некоторых типов приведена ниже:

Насадка Размеры эле­мента*, мм Удельная поверх­ность, м23 Свободный объем, м33 Вес 1 м3 насадки, кгс
Кольца Рашига керамические (навалом) 15х15х2 25х 25х3 50х50х5   0,7 0,?4 0,785  
Кольца Рашига керамические (правильно уложенные) 50х50х5 80х80х8 100х100х10   0,735 0,72 0,72  
Кольца Рашига стальные (навалом) 15х15х0.5 25х25х0.8 50х50х1   0,92 0,92 0,95  
Кольца Паля керамические стальные   25х25х3 25х25х0,6     0,74 0,9    
Седла Берля (керамические)     0,69 0,70  
Хордовая (деревянная) 10х100 (шаг в свету - 10)   0,55  

* Размеры колец: наружный диаметр х высота х толщина стенки

 

Однако для улучшения смачивания регулярных насадок необходимо применять более сложные по конструкции оросители. Хордовая деревянная насадка (рис. XIV-11, ж) обычно используется в абсор­берах, имеющих значительный диаметр. Основное ее достоинство — про­стота изготовления, недостатки — относительно небольшая удельная поверхность и малый свободный объем.

За последние годы стали применяться спиральные насадки, выполненные из металлических лент и проволоки, различные металли­ческие сетчатые насадки (рис. XIV-11, д), а также насадка из стек­лянного волокна.

При выборе размеров насадки следует учитывать, что чем больше размеры ее элемента, тем выше допустимая скорость газа (и соответ­ственно — производительность абсорбера) и ниже его гидравлическое сопротивление. Общая стоимость абсорбера с насадкой из элементов больших размеров будет ниже за счет уменьшения диаметра аппарата, несмотря на то, что его высота несколько увеличится по сравнению с вы­сотой аппарата, имеющего насадку меньших размеров (вследствие сниже­ния удельной поверхности насадки и интенсивности массопередачи).

Мелкая насадка предпочтительнее также при проведении процесса абсорбции под повышенным давлением, так как в этом случае гидравли­ческое сопротивление абсорбера не имеет существенного значения. Кроме того, мелкая насадка, обладающая большей удельной поверхностью, имеет преимущества перед крупной тогда, когда для осуществления про­цесса абсорбции необходимо большое число единиц переноса или теоре­тических ступеней изменения концентраций.

Основными достоинствами насадочных колонн являются простота устройства и низкое гидравлическое сопротивление. Недостатки: труд­ность отвода тепла и плохая смачиваемость насадки при низких плотно­стях орошения. Отвод тепла из этих аппаратов и улучшение смачивае­мости достигаются путем рециркуляции абсорбента, что усложняет и удорожает абсорбционную установку. Для проведения одного и того же процесса требуются насадочные колонны обычно большего объема, чем барботажные.

Насадочные колонны мало пригодны при работе с загрязненными жидкостями. Для таких жидкостей в последнее время стали применять абсорберы с «плавающей» насадкой. В этих абсорберах в качестве насадки используют главным образом легкие полые или сплошные пластмассовые шары, которые при достаточно высоких скоростях газа переходят во взвешенное состояние.

В абсорберах с «плавающей» насадкой допустимы более высокие скорости газа, чем в абсорберах с неподвижной насадкой. При этом уве­личение скорости газа приводит к большему расширению слоя шаров и, следовательно, к незначительному увеличению гидравлического сопротивления аппарата.

Date: 2015-10-22; view: 1349; Нарушение авторских прав; Помощь в написании работы --> СЮДА...



mydocx.ru - 2015-2024 year. (0.005 sec.) Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав - Пожаловаться на публикацию