Материал: Аппаратура процессов разделения гомогенных и гетерогенных систем
Рис. 25. Схема работы клапана прямоточной тарелки:
а– вид клапана сверху; б – работа при малых нагрузках по газу;
в– работа при больших нагрузках по газу
Достоинства клапанных тарелок:
1)превосходят ситчатые и решетчатые тарелки по площади поверхности контакта фаз в барботажном слое, жидкость не стекает через отверстия даже при низком расходе газа;
2)превосходят ситчатые и решетчатые тарелки по ширине интервала рабочих скоростей газа;
3)нет жёсткого ограничения по минимальному расходу жидкости, в отличие от насадочных аппаратов.
Недостатки клапанных тарелок:
1)отличаются повышенной стоимостью изготовления;
2)высокое гидравлическое сопротивление по сравнению с решётчатыми
иситчатыми тарелками.
Сравнительные характеристики тарелок
Большое разнообразие тарельчатых контактных устройств затрудняет выбор оптимальной конструкции тарелки. При этом наряду с общими требованиями (высокая интенсивность единицы объема аппарата, его стоимость и др.) выдвигаются требования, обусловленные спецификой производства: большой интервал устойчивой работы при изменении нагрузок по фазам, возможность использования тарелок в среде загрязнённых жидкостей, возможность защиты от коррозии и т.п. Зачастую эти характеристики становятся превалирующими, определяющими пригодность той или иной конструкции для использования в каждом конкретном процессе. Сравнительные характеристики рассмотренных
26
тарелок приведены в табл. 1. Тарелки, для которых одному из предъявленных требований соответствует балл 0, отвергаются; для остальных тарелок баллы суммируются. Самой пригодной можно считать тарелку с наибольшей суммой баллов, причём решение о выборе конструкции тарелок обычно является компромиссным между желательными и нежелательными характеристиками. При этом учитывают и такие факторы, как промышленный опыт эксплуатации, возможность быстрого изготовления и т.д. Окончательный выбор определяется технико-экономическим анализом.
|
|
|
|
|
|
Таблица 1 |
|
Сравнительные характеристики тарелок |
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Тип тарелки |
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
провальнаярешетчатая |
переточнаяситчатая |
|
- |
|
|
прямоточнымисклапанная клапанами |
Показатель |
|
круглымисколпачковаякол пачками |
клапанная |
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Нагрузки по жидкости и газу: |
|
|
|
|
|
|
|
большие |
4 |
4 |
|
2 |
4 |
|
4 |
малые |
2 |
2 |
|
3 |
5 |
|
5 |
|
|
|
|
|
|
|
|
Большая область устойчивой работы |
1 |
4 |
|
4 |
5 |
|
5 |
|
|
|
|
|
|
|
|
Малое гидравлическое сопротивление |
4 |
3 |
|
0 |
3 |
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
Большая эффективность |
4 |
4 |
|
4 |
4 |
|
5 |
|
|
|
|
|
|
|
|
Малые капитальные затраты |
4 |
3 |
|
1 |
3 |
|
4 |
|
|
|
|
|
|
|
|
Возможность обработки взвесей |
4 |
1 |
|
1 |
1 |
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
Возможность отвода тепла |
3 |
3 |
|
1 |
2 |
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
Соответствие тарелки тому или иному показателю оценено по следующей шкале: 0 – непригодна, 1 – сомнительно пригодна, 2 – пригодна, 3 – вполне пригодна, 4 – хорошо пригодна, 5 – отлично пригодна.
27
1.3. Абсорбция
Абсорбция – процесс разделения смесей газов путём поглощения одного или нескольких компонентов газовой смеси жидким поглотителем – абсорбентом. Процесс основан на разной растворимости компонентов газовой смеси в поглотителе.
Если поглощаемый газ – абсорбтив – химически не взаимодействует с абсорбентом, то такую абсорбцию называют физической. Если же абсорбтив образует с абсорбентом химическое соединение, то такой процесс называют хемосорбцией. Непоглощаемую часть газовой смеси называют инертом.
В промышленности абсорбцию применяют для решения следующих основных задач:
1)для получения готового продукта, например, абсорбция разбавленной серной кислотой серного ангидрида в производстве серной кислоты, абсорбция водой хлороводорода при получении соляной кислоты, абсорбция водой оксидов азота в производстве азотной кислоты;
2)для выделения ценных компонентов из газовых смесей, например, абсорбция бензола из коксового газа, абсорбция ацетилена из газов крекинга и пиролиза природного газа; при этом абсорбцию проводят в сочетании с десорбцией;
3)для очистки газов от примесей, например, очистка коксового и нефтяного газов от сероводорода, очистка азотоводородной смеси от угарного и углекислого газа при синтезе аммиака;
4)для осушки газов, например, нефтяного газа и природного газа при их переработке;
5)для очистки газовых выбросов от вредных примесей, например, очистка топочных газов от диоксида серы, очистка от фтористых соединений газов, выделяющихся при производстве минеральных удобрений.
Плёночный трубчатый абсорбер
В плёночных абсорберах поверхностью контакта фаз является поверхность жидкости, текущей по твёрдой вертикальной стенке. К этому виду аппаратов относятся: трубчатые абсорберы, абсорберы с плоскопараллельной или листовой насадкой, абсорберы с восходящим движением плёнки жидкости. Из вышеперечисленных абсорберов наиболее распространены трубчатые абсорбе-
28
ры (рис. 26), которые по устройству аналогичны кожухотрубчатому теплообменнику.
Абсорбент поступает на верхнюю трубную решётку, распределяясь по трубам 2 и стекает по их внутренней поверхности в виде тонкой плёнки. Газ движется по трубам снизу вверх навстречу стекающей жидкой плёнке. в случае необходимости отвода теплоты при экзотермической абсорбции в межтрубное пространство абсорбера подают охлаждающую воду.
Рис. 26. Трубчатый плёночный абсорбер:
1 – корпус; 2 – трубки; 3 – сегментные перегородки; 4 – гидрозатвор
29
Достоинства плёночного трубчатого абсорбера:
1)низкое гидравлическое сопротивление, по сравнению с насадочными и тарельчатыми;
2)высокая движущая сила благодаря структуре потоков, близкой к МИВ;
3)возможность отвода теплоты.
Недостатки плёночного трубчатого абсорбера:
1)трудности с осуществлением равномерного распределения жидкости по трубам в виде плёнки;
2)низкая площадь поверхности контакта фаз, делающая использование этих абсорберов весьма редким.
Полый распыливающий абсорбер
Полые (форсуночные) распыливающие абсорберы представляют собой полые колонны (рис. 27). В этих абсорберах газ движется снизу вверх, а жидкость подаётся через расположенные в несколько горизонтальных рядов форсунки с направлением факела распыла обычно сверху вниз.
Достоинства полых распыливающих абсорберов:
1)простота устройства и низкая стоимость;
2)низкое гидравлическое сопротивление по газовой фазе, по сравнению с другими типами абсорберов.
Недостатки полых распыливающих абсорберов:
1)невысокая площадь поверхности контакта фаз, отнесённая к объёму аппарата, и, как следствие, громоздкость;
2)высокий расход энергии на распыление жидкости;
3)брызгоунос при высоких скоростях газа;
4)снижение движущей силы из-за возникновения обратного перемешивания, и, как следствие, невысокая степень разделения.
Абсорбер Вентури
Скоростные прямоточные распыливающие абсорберы отличаются тем, что в случае прямотока процесс можно проводить при высоких скоростях газа, причём вся жидкость уносится с газом и отделяется от него в сепарационном пространстве. К этому типу аппаратов относится абсорбер Вентури (рис. 28).
30