Устройство и прменение насадочных аппаратов.Гидродинамические рабочие режимы.Плюсы и минусы насадочных колонн.

В химической промышленности широко применяются насадочные абсорберы. Это колонны, на опорные решетки которых загружается насадка (мелкие тела различной формы). Решетки – колосниковые или плоские перфорированные:

1 – опорная решетка, 2 – насадка, 3 – распределитель жидкости, 4 – перераспределитель жидкости.

Над слоем насадки – распределитель жидкости (для равномерного орошения). Для снижения «пристеночного эффекта» (стекание жидкости по периферии) слой насадки секционируют и используют конусный фартук 4. Поглощение газа абсорбентом происходит в основном на смоченной поверхности насадки.

Плотность орошения – расход абсорбента через 1 м² поперечного сечения слоя насадки: .

Различают четыре режима встречного движения жидкости и газа в слое насадки. При небольших расходах газа и жидкости наблюдается пленочный режим (А’А).

Зависимость гидравлического сопротивления насадки от скорости газа: 1 – неорошаемая насадка, 2 – орошаемая насадка.

 

В пленочном режиме количество удерживаемой насадкой жидкости не зависти от скорости газа, но перепад давлений больше, чем для неорошаемой насадки.

Второй режим – подвисания – начинается в точке А – точка начала торможения. Вследствие торможения жидкости газовым потоком происходит накопление жидкости в слое насадки. При подвисании появляются завихрения, брызги, интенсифицирующие массообмен.

Точка В характеризуется резким увеличением ∆р: происходит инверсия фаз. Газ барботирует через сплошную жидкую фазу, заполняющую весь свободный объем насадки. Это третий режим – захлебывания, или барботажа, или эмульгирования. В этом режиме – максимальная межфазная поверхность и наиболее интенсивный Массообмен, т.к. контакт – и на поверхности насадки, и на поверхности пузырьков. Дальнейшее увеличение скорости газа (после точки С) приводит к режиму уноса брызг жидкости. Этот режим не применяют. Ниже точки А – точки подвисания активная поверхность меньше геометрической поверхности насадки, из-за застойных зон, а выше этой точки она даже может превосходить геометрическую поверхность.

При повышенном давлении целесообразно работать в режимах подвисания или барботажа, т.к. ∆р не играет большой роли.

При атмосферном давлении приходится довольствоваться пленочным режимом.

Достоинства насадочных колонн – простота устройства и низкий ∆р. Недостатки – трудность теплоотвода и плохая смачиваемость при низкой плотности орошения. Для проведения одинакового процесса требуются насадочные колонны большего объема, чем барботажные. Для загрязненных жидкостей используют абсорберы с «псвдоожиженным» слоем насадки.

 

Основные типы насадочных тел.Требования к насадкам. Размеры, эффективность и гидравлическое сопротивление насадочных тел.

Насадка – слой твердых тел различной формы. Для изгогтовления насадки применяют керамику, металлы и пластмассу.

Насадки выбираются исходя из требований к ней: высокая удельная поверхность и порозность, низкое гидравлическое сопротивление, равномерное распределение абсорбента, хорошая смачиваемость, коррозионная стойкость, низкая насыпная плотность, дешевизна. В промышленности широко используются кольца Рашига - тонкостенные цилиндры с высотой, равной их наружному диаметру. Маленькие кольца засыпают в абсорбер навалом (нерегулярная насадка), а большие – правильными рядами, сдвинутыми друг относительно друга (регулярная насадка). У регулярной насадки меньше гидравлическое сопротивление. Большей удельной поверхностью и эффективностью обладают кольца с перегородкой (кольца Лессинга) или с крестообразной перегородкой, а также кольца Палля – с вырезами в стенках и с перегородками. Материал колц – керамика, металлы, пластмассы. Все более широко применяются керамические седла Берля (гиперболический параболоид, конское седло) и седла «Инталокс» (часть тора). Они обладают меньшим ∆р при большей эффективности, чем кольца Рашига. Весьма эффективны полиэтиленовая насадка в виде розеток Теллера (роза из спиральной ленты) и металлическая решетчатая насадка «Спрейтак», изготовленная из полос. Крупная насадка обладает меньшим ∆р, при повышенном давлении предпочтительнее мелкая насадка.