Практическая работа 13

 

 

АБСОРБЕРЫ И АДСОРБЕРЫ

 

Цель: сформировать представление об устройстве и принципах работы абсорберов и адсорберов

План

1 Насадочные абсорберы.

2 Барботажные абсорберы.

3 Колонна с ситчатыми тарелками.

4 Колонный адсорбер

5 Фильтр-адсорбер

6 Адсорбер с «кипящим» слоем мелкозернистого адсорбента

 

 

1 Насадочные абсорберы. Одним из наиболее распространенных абсорберов поверхностного типа является насадочный абсорбер. Он отличается простотой устройства и пригодностью к работе с агрессивными средами. Эти абсорберы представляют собой ко­лонны, загруженные насадкой — твердыми телами различной фор­мы; при наличии насадки увеличивается поверхность соприкос­новения газа и жидкости. Чаще других широко применяются кольца Рашига (рис. 5.9), имеющие высоту, равную диаметру, который колеблется в пределах 15... 150 мм. Кольца с крестообразными пе­регородками и кольца со спиралями изготовляют только больших размеров (не менее 75 мм).

 

qq1.png

 

Насадочные тела должны быть механически прочными и ус­тойчивыми к коррозии и к колебаниям температуры. Кольца раз­мером более 75 мм укладываются регулярно (один слой на дру­гой) так, чтобы их вертикальные оси не совпадали. Правильно уложенные кольца хорошо распределяют жидкость и оказывают меньшее гидравлическое сопротивление. Укладку начинают про­изводить от стенки, следя за тем, чтобы кольца плотно прилегали к ней. Диаметр колец для укладки следует выбирать не более 1/8 диаметра аппарата.

Кольца изготовляют из антикоррозионных материалов (кера­мика, фарфор), реже — из стали.

Широко применяют хордовую насадку, которая представляет собой ряд решеток и досок, поставленных на ребро, причем ре­шетки сдвинуты друг относительно друга на 45 или 90°. Деревян­ная насадка устойчива к действию очень слабых щелочей и кислот при температурах менее 80 °С. При ее использовании нужны слож­ные оросительные устройства для равномерного распределения жидкости по сечению насадки.

В качестве насадок применяют также кокс и дробленый кварц, которые засыпают в аппарат в виде кусков размером 25... 100 мм. Обычно подбирают насадку таким образом, чтобы размер наи­меньших кусков был примерно в V2 раз меньше наибольших кус­ков. Кусковая насадка не рекомендуется в тех случаях, когда неже­лательно загрязнение системы осадком. Гидравлическое сопротив­ление такой насадки больше, чем деревянной решетчатой или ко­лец. Она отличается низкой стоимостью и химической стойкостью.

В последнее время получают применение абсорберы с шаровой насадкой из полых полиэтиленовых шаров диаметром 25...35 мм, засыпанных слоем на '/3 высоты пространства между решетками (тарелками). Такой слой подвижной насадки значительно увеличивает поверхность контакта фаз и, следовательно, повышает эффективность работы абсорбера.

Схема насадочного абсорбера приведена на рис. 5.10. Насадка мо­жет заполнять объем аппарата полностью или слоями по 1,5...3 м. Во избежание растекания жидкости к стенкам кожуха после каж­дого слоя (кроме нижнего) устанавливают распределительный конус, корректирующий равномерность распределения жидкости в насадке.

qq2.png

2 Барботажные абсорберы. Барботажные абсорберы обычно пред­ставляют собой тарельчатые колонны с колпачками. На тарелке поддерживается слой жидкости, через который барботирует вос­ходящий поток газа, распределяясь в жидкости пузырьками и струйками. Такое движение газа называется барботажем.

Газ последовательно проходит через слои жидкости на тарел­ках, расположенных в колонне на определенном расстоянии. Жид­кость непрерывно перетекает с верхних на расположенные ниже тарелки. В межтарелочном пространстве газ отделяется от унесен­ных капель и брызг. Контакт между поднимающимся газом и сте­кающей жидкостью осуществляется непрерывно. Тарелки в абсор­берах могут быть самых различных видов и конструкций.

В колоннах с колпачковыми тарелками газ барботирует через жидкость, выходя из прорезей колпачков, расположенных на каж­дой тарелке. В прорезях газ дробится на мелкие струйки, которые по выходе из прорези почти сразу поднимаются вверх и, проходя через слой жидкости на тарелке, сливаются друг с другом.

Колонны с колпачковыми тарелками (рис. 5.11) имеют тарелки 1 с патрубками 2, закрытые сверху колпачками 3. Нижние края колпачков снабжены зубцами или прорезями в виде узких вертикальных ще­лей. Жидкость перетекает с тарелки на та­релку через переливные трубы 4. Уровень жидкости на тарелке соответствует высо­те, на которую верхние концы перелив­ных труб выступают над тарелкой. Чтобы жидкость перетекала только по переливным трубам, а не через патрубки, верхние концы патрубков должны быть выше уровня жидкости. Нижние края колпачков погружены в жидкость так, чтобы уровень жидкости был выше верха прорезей.

Газ проходит по патрубкам в пространство под колпачками и, выходя через отверстия между зубцами или через прорези в кол­пачках, барботирует через слой жидкости.

Чтобы газ не попадал в переливные трубы и не препятствовал таким образом нормальному перетоку жидкости с тарелки на та­релку, нижние концы переливных труб опущены под уровень жидкости. Благодаря этому создается гидрозатвор, предотвраща­ющий прохождение газа через переливные трубы.

3 Колонна с ситчатыми тарелками. В колоннах ситчатые тарелки (рис. 5.12) имеют отверстия 7 диаметром 2...5 мм; газ проходит через отверстия и барботирует через слой жидкости на тарелке. При нормальной работе колонны жидкость не протекает через отверстия, так как она поддерживается снизу давлением газа. Вы­сота слоя жидкости на тарелке составляет 25...30 мм и определя­ется положением верхних концов переливных труб 2.

 qq3.png

 

Рис. 5.12. Колонна с ситчатыми тарелками:1 — отверстия; 2 — переливная труба

 

 

Ситчатые колонны отличаются простотой устройства и высо­кой эффективностью. Основной их недостаток заключается в том, что они удовлетворительно работают лишь в ограниченном диа­пазоне нагрузок. При низких нагрузках, когда скорость газа мала, жидкость протекает через отверстия и работа колонны нарушает­ся. При больших нагрузках гидравлическое сопротивление тарел­ки сильно возрастает, причем наблюдается значительный унос жидкости (хотя на ситчатых тарелках унос меньше, чем на кол­пачковых тарелках). Другой недостаток ситчатых колонн состоит в том, что отверстия в тарелках быстро забиваются.

Кроме указанных тарельчатых абсорберов применяют колонны с провальными, клапанными и струйными тарелками.

Для проведения процессов адсорбции используют адсорберы следующих типов: с неподвижным зернистым адсорбентом.

4 Колонный адсорбер. Его применяют для обесцвечивания сахарных сиропов. Адсобенотом являеься активированный уголь.

 qq4.jpgКолонный адсорбер

1-цилиндрнический копус, 2-горловина, 3-тканевой фильтр, 4-решетка, 5-разгрузочный люк

 

Колонный адсорбер представляет собой цилиндрический корпус 1 с диаметром до 1,2 м и высотой до 10 м, оборудованный решеткой 4 и разгрузочным люком 5для угля.

На решетку помещают металлическое сито, затем ткань и за­сыпают уголь, после чего горловину 2 закрывают крышкой.

Сироп перемещается в адсорбере сверху вниз, выходит из ап­парата, после чего обесцвеченный сироп проходит через конт­рольный тканевый фильтр 3, в котором задерживаются частицы угля, увлеченные потоком.

Иногда адсорбент вводят непосредственно в осветляемый раст­вор, затем эту смесь в течение 5... 10 мин перемешивают, и освет­ленный раствор выделяют на фильтре, а адсорбент после регене­рации снова возвращают в производство.

 

 

5 Фильтр-адсорбер. Для фильтрования и осветления, например пива, в качестве адсорбента используют целлюлозную массу, ко­торую помещают в раму.

Каждая рама 1 (рис. 5.17) имеет два входа (прилива) с отвер­стиями: 3 — для подачи нефильтрованного пива и 2 — для отвода осветленного пива. При сборке отверстия в приливах образуют каналы, по которым к каждой раме подводится неосветленное пиво и отводится уже осветленное пиво.

 qq5.png

6 Адсорбер с «кипящим» слоем мелкозернистого адсорбента. П ри проведении адсорбции в «кипящем» слое адсорбента гидравли­ческое сопротивление слоя является весьма малым, поэтому можно создавать скорости газового потока в несколько раз больше, чем в неподвижном слое адсорбента. Благодаря сочетанию высоких ско­ростей газа с очень развитой поверхностью фазового контакта, можно значительно интенсифицировать процесс адсорбции. При интенсивном перемешивании частиц в «кипящем» слое происходит быстрое выравнивание температуры и предотвращается опасность перегрева адсорбента.

Следует, однако, отметить, что при соприкосновении газового потока на выходе из «кипящего» слоя с отработанными насыщенными частицами адсорбента может происходить частичная десорбция поглощенного из адсорбента вещества. При интенсивном перемешивании в «кипящем» слое происходит сильное истирание твердых частиц адсорбента, в связи с чем для проведения описанного процесса необходимо применять адсорбенты, обладающие достаточной механической прочностью.

 

 

qq6.png

Рис. 5.18. Одноступенчатый адсорбер с «кипящим» слоем адсорбента:

1 — корпус; 2 — труба; 3 — распределительная решетка; 4 — «кипящий» слой

 

Адсорберы с «кипящим» слоем мелкозернистого адсорбента могут быть одноступенчатые или многоступенчатые.

В корпусе 1 одноступенчатого адсорбера (рис. 5.18) имеется распределительная решетка 3, через которую снизу подается газ, приводящий мелкозернистый адсорбент в состояние «кипящего» слоя 4.

Газ отводится через верхний штуцер. Адсорбент поступает сверху и удаляется через трубу 2. В аппарате поддерживается определенный уровень «стационар­ного» «кипящего» слоя адсорбента.

 

Контрольные вопросы

1 Какие существуют адсорберы?

2 В чем суть псевдоожижения?

3 Принцип работы фильтра адсорбера?

4 Аппараты для абсорбции7