Устройство абсорбционных аппаратов
Аппараты, в которых осуществляются абсорбционные процессы, назы- вают абсорберами. Как и другие процессы массопередачи, абсорб- ция протекает на поверхности раздела фаз. Поэтому абсорберы должны иметь развитую поверхность соприкосновения между жидкостью и газом. По способу образования этой поверхности абсорберы можно условно раз- делить на следующие группы: 1) поверхностные и пленочные; 2) насадоч- ные; 3) барботажные (тарельчатые); 4) распыливающие.
Следует отметить, что аппараты большинства конструкций, приводи- мых ниже, весьма широко применяются и для проведения других массооб- менных процессов.
Поверхностные и пленочные абсорберы
В абсорберах этого типа поверхностью соприкосновения фаз является зеркало неподвижной или медленно движущейся жидкости, или же по- верхность текущей жидкой пленки.
Поверхностные абсорберы. Эти абсорберы используют для поглоще- ния хорошо растворимых газов (например, для поглощения хлористого водорода водой). В указанных аппаратах газ проходит над поверхностью неподвижной или медленно движущейся жидкости (рис. Х1-6). Так как
поверхность - соприкосновения в таких аб- сорберах мала, то устанавливают несколько последовательно соединенных аппаратов, в которых газ и жидкость движутся проти- вотоком друг к другу. Для того чтобы жид- кость перемещалась по абсорберам самотеком, каждый последующий по ходу жидкости ап- парат располагают несколько ниже предыду- щего. Для отвода тепла, выделяющегося при абсорбции, в аппаратах устанавливают змее- вики, охлаждаемые водой или другим охлаж- дающим агентом, либо помещают абсорберы в сосуды с проточной водой.
Более совершенным аппаратом такого типа является абсорбер (рис. Х1-7), состоящий из ряда горизонтальных труб, орошаемых снаружи водой. Необходимый уровень жидкости в каждом элементе 1 такого аппарата поддерживается с помощью порога 2.
Пластинчатый абсорбер (рис. Х1-8) состоит из двух систем каналов: по .каналам / большого сечения движутся противотоком газ и абсорбент, по каналам 2 меньшего сечения — охлаждающий агент (как правило, вода). Пластинчатые абсорберы обычно изготавливаются из графита, так как он является химически стойким материалом, хорошо проводящим тепло.
Поверхностные абсорберы имеют ограниченное применение вследствие их малой эффективности и громоздкости.
Пленочные абсорберы. Эти аппараты более эффективны и компактны, чем поверхностные абсорберы. В пленочных абсорберах поверхностью контакта фаз является поверхность текущей пленки жидкости. Различают следующие разновидности аппаратов данного типа: 1) трубчатые абсор
Гаэ
I
Газ
.Жидкость
Рис. XI-6. Поверхностный абсорбер.
5. Устройство абсорбционных аппаратов 443 беры; 2) абсорберы с плоско-параллельной или листовой насадкой; 3) абсор- беры с восходящим движением пленки жидкости. Трубчатый абсорбер (рис. ХІ-9) сходен по устройству с вертикальным кожухотрубчатым теплообменником. Абсорбент посту- пает на верхнюю трубную решетку 1, распределяется по трубам 2 и сте- кает по их внутренней поверхности в виде тонкой пленки. В аппаратах Охлаждающая Газ Жидкость Жидкости Рис. ХІ-7. Оросительный абсорбер: 1 — элемент абсорбера; 2—сливные пороги. ехлажЦтщая^ ^Жи3нкт Газ Рис. Х1-8. Пластинчатый абсорбер: — каналы для прохождения газа и абсорбента; — каналы для протекания охлаждающего агента (воды). с большим числом труб для более равномерной подачи и распределения жидкости по трубам используют специальные распределительные устрой- ства. Газ движется по трубам снизу вверх навстречу стекающей жидкой пленке. Для отвода тепла абсорбции по межтрубному пространству про- пускают воду или другой охлаждающий агент. Газ \ I =■. трубная решетка; 2 г- трубы. Рис. ХЫО. Абсорбер с плоскопараллельной насадкой: I =- листовая насадка; 2 — распределительное устройство. Абсорбер с плоскопараллельной насадкой (рис. ХІ-10). Этот аппарат представляет собой колонну с листовой насадкой I в виде вертикальных листов из различного материала (металл, пластические массы и др.) или туго натянутых полотнищ из ткани. В верхней части абсорбера находятся распределительные устройства 2 для равномерного смачивания листовой насадки с обеих сторон. Абсорбере восходящим движением пленки (рис. ХІ-11) состоит из труб 1, закрепленных в трубных решетках 2. Газ из камеры 3 проходит через патрубки 4, расположенные соосно с трубами /.
444 Гл. XI. Абсорбция Абсорбент поступает в трубы через щели 5. Движущийся с достаточно большой скоростью газ увлекает жидкую пленку в направлении своего движения (снизу вверх), т. е. аппарат работает в режиме восходящего прямотока (см. стр. 116). По выходе из труб 1 жидкость сливается на верхнюю трубную решетку и выводится из абсорбера. Для отвода тепла абсорбции по межтрубному пространству пропускают охлаждающий агент. Для увеличения степени извлечения применяют абсорберы такого типа, состоящие из двух или более ступеней, каждая из которых работает по принципу прямотока, в то время как в аппарате в целом газ и жидкость движутся противотоком друг к другу. В аппаратах с восходящим движением пленки вследствие больших скоростей газового потока (до 30—40 м/сек) дости- гаются высокие значения коэффициентов массопередачи, но, вместе с тем, гидра- влическое сопротивление этих аппаратов относительно велико. Насадочные абсорберы Широкое распространение в промыш- ленности в качестве абсорберов получили колонны, заполненные насадкой — твер- дыми телами различной формы. В наса- дочной колонне (рис. Х1-12) насадка 1 укладывается на опорные решетки 2, имеющие отверстия или щели для про- хождения газа и стока жидкости. Послед- няя с помощью распределителя 3 равно- мерно орошает насадочные тела и стекает вниз. По всей высоте слоя насадки равномерное распределение жидкости по сечению колонны обычно не достигается, что объясняется пристеночным эффектом (см. стр. 105) — 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 . жид- кости 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(м2/м*) и свободный объем г(м3/м3). Свободный объем для непористой насадки обычно определяют путем заполнения объема насадки водой. Отношение объема воды к объему, занимаемому насадкой, дает величину е. В соответствии с формулой (11,125) эквивалентный диаметр насадки (Х1'24) Рис. XI-II. Абсорбер с восходящим движением жидкой пленки: 1 — трубы; 2 — трубная решетка; 3 — камера; 4 — патрубок для подачи газа; 5 — щель для подачи абсорбента
5. Устройство абсорбционных аппаратов 445 Гидродинамические режимы. Насадочные абсорберы могут работать в различных гидродинамических режимах. Эти режимы видны из графика (рис. XI-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. Х1-13), 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 бер: I — насадка; 2 — опорная решетка; 3 — распределитель жидкости; 4 — перераслределигель жидкости. Рис. XI-13. Зависимость гидравлического сопротивления насадки от скорости газа в колонне (L = const): 1 — сухая насадка; 2 — орошае- мая насадка. 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. "XI-13), причем в режиме подвисания спокойное течение пленки нарушается: появляются завихрения, брызги, т. е. создаются условия перехода к барботажу. Все это способствует увеличению интенсивности массообмена. 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. XI-13 этот режим характеризуется почти вертикальным отрезком ВС).
446 Гл. XI. Абсорбция Жидтст^ Режим эмульгирования соответствует максимальной эффективности насадочных колонн, прежде всего за счет увеличения поверхности кон- такта 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 иасадки. Однако при работе колонны в таком режиме ее гидравлическое сопротив- ление относительно велико. В режимах подвисания и эмульгирования целесообразно работать, если повышение гидравлического сопротивления не имеет существенного значения (например, в процессах абсорбции, проводимых при повышен- ных давлениях). Для абсорберов, работающих при атмосферном давлении, гидравлическое сопротивление может оказаться недопустимо большим, что вызовет необходимость работать в пленочном режиме. Поэтому наи- более эффективный гидродинамический режим в каждом конкретном случае можно устано- вить только путем технико-экономического расчета. В обычных насадочных колоннах поддержа- ние режима эмульгирования представляет боль- шие трудности. Имеется специальная кон- струкция насадочных колонн с затопленной насадкой, называемых эмульгацион- ными (рис. X1-14). В колонне 1 режим эмульгирования устанавливают и поддержи- вают с помощью сливной трубы, выполненной в виде гидравлического затвора 2. Высоту эмульсии в аппарате регулируют посредством вентилей 3. Для более равномерного распре- деления газа по сечению колонны в ней имеет- ся 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 №3 газа, соответствующая пределу нагрузки, определяется по уравнению Газ Ь5=йМ=й^|Ь, | Рис. X1-14. Эмульгационная- насадочная колонна: 1 — колонна; 2 — гидравлический затвор; 3 — вентиль; 4 — распределительная тарелка. У'\а тк Рг Рж .0.16 | - 0.079- 1.75 (~)1/4 (~-),/8 (И.25) где 5СВ — свободное сечение насадки, м2/м2; а — удельная поверхность насадки, м2/м3; и и б' — расходы жидкости и газа, кг/сек. Из уравнения (Х1,25) можно заключить, что с увеличениём 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
5. Устройство абсорбционных аппаратов 447 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; 8) 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. X 1.-15), которые в той или иной мере удовлетворяют требованиям, являющимся основными при проведении конкретного процесса абсорбции. Насадки изготавливают Рис. ХІ-15. Типы насадок: а — кольца Pauiara, беспорядочно уложенные (навалом); & — кольца с перегородками, правильно уложенные; в —г насадка Гудлое; г — кольца Паля; д — насадка «Спрейпак»; е седла Берля; ж г-*- хордовая насадка; з — седла «Инталлокс». из разнообразных материалов (керамика, фарфор, сталь, - пластмассы и др.), выбор которых диктуется величиной удельной поверхности насадки, смачиваемостью и коррозионной стойкостью. 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.) к у с к о в у ю насадку сейчас применяют редко. Широко распространена насадка в виде тонкостенных керамических колец высотой, равной диаметру (кольца Рашига), который изменяется в пределах 1&—150 мм. Кольца малых размеров засыпают в абсорбер навалом (рис.Х1-15, а). Большие кольца (размерами не менее 50 X 50 мм) укладывают правильным и рядами, сдвинутыми друг относительно друга (рис. XI-15, 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.
Размеры элемента*, мм | Удельная поверх ность. | Свободный объем, | Вес 1 м‘ насадкн. |
мгім3 | M*jM* | кес | |
15X15X2 | 330 | 0,7 | 690 |
25X25X3 | 200 | 0,74 | 530 |
50X 50 X5 | 90 | 0,785 | 530 |
50X50X5 | 110 | 0,735 | 650 |
80 X 80X8 | 80 | 0,72 | 670 |
100Х 100X10 | 60 | 0,72 | 670 |
15X15X0,5 | 350 | 0,92 | 660 |
25X25X0,8 | 220 | 0,92 | 640 |
50 X 50X1 | 110 | 0,95 | 430 |
25X25x3 | 220 . | 0,74 | 610 |
25X25X0,6 | 170 | 0,9 | 455 |
20 | 310 | 0,69 | 800 |
25 | 250 | 0,70 | 720 |
10Х 100 (шаг | 100 | 0,55 | 210 |
в свету—10) |
|
|
|
Размеры колец: наружный диаметрхвысотаХтолщина стеики. 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 про-, цесса 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
5. Устройство абсорбционных аппаратов 449 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 уве- личение скорости газа приводит к большему расширению слоя шаров и, следовательно, к незначительному увеличению гидравлического сопро тивления аппарата. Барботажные (тарельчатые) абсорберы Тарельчатые абсорберы представляют собой, как правило, вертикаль- ные колонны, внутри которых на определенном расстоянии друг от друга размещены горизонтальные перегбродки — тарелки. С помощью тарелок осуществляется направленное движение _ фаз и многократное взаимодействие жидкости | й газа. ^ з _ 4г /} В настоящее время в промышленности при- меняются разнообразные конструкции тарельча- тых аппаратов. По способу слива жидкости с та- релок барботажные абсорберы можно подразде- лить на колонны: 1) с тарелками со сливными устройствами и 2) с тарелками без сливных уст- ройств. Тарельчатые колонны со сливными устройст- вами. В этих колоннах перелив жидкости с та- релки на тарелку осуществляется при помощи специальных устройств — сливных трубок, кар- манов и т. п. Нижние концы трубок погружены в стакан на нижерасположенных тарелках и образуют гидравлические затворы, исключающие возможность прохождения газа через сливное устройство. Принцип работы колонн такого типа виден из рис. Х1-16, где в качестве примера показан аб- сорбер с ситчатыми тарелками (стр. 451). Жидкость поступает на верхнюю тарелку 1, сливается с тарелки на тарелку через переливные устройства 2 и удаляется из нижней части колонны. Газ поступает в нижнюю часть аппарата, проходит последовательно сквозь отверстия или кол- пачки каждой тарелки. При этом газ распределяется в виде пузырьков и струй в слое жидкости на тарелке, образуя на ней слой пены, являю- щийся основной областью массообмена и теплообмена на тарелке. Отра- ботанный газ удаляется сверху колонны. Переливные трубки располагают на тарелках таким образом, чтобы жидкость На соседних тарелках протекала во взаимнопротивоположных направлениях. За последнее время все шире применяют сливные устройства в виде сегментов, вырезанных в тарелке и ограниченных порогом — пере- . ливом. К тарелкам со сливными устройствами относятся: ситчатые, колпачковые, клапанные и балластные, пластинчатые и др. Гидродинамические режимы работы тарелок. Эффективность тарелок любых конструкций в значительной степени зависит от гидродинамических режимов их работы. Поэтому до описания основных конструкций тарелок рассмотрим эти режимы. В зависимости от скорости газа и плотности орошения различают три основных гидродинамических режима работы барботажных тарелок: пузырьковый, пенный и струйный, или инжекционный. Эти режимы отли- 15 А. г. Касаткин /пиикиишо тп Газ 1: к: I I: 'И'бу :1 1 Жадность • Рис. Х1-16. Тарельчатая колонна со сливными устройствами: 1 — тарелка; 2—сливные устройства.
450 Гл. XI. Абсорбция чаются структурой барботажного слоя, которая в основном определяет его гидравлическое сопротивление и высоту, а также поверхность контакта фаз. Пузырьковый режим. Такой режим наблюдается при небольших скоростях газа, когда он движется сквозь слой жидкости в виде отдельных пузырьков. Поверхность контакта фаз на тарелке, работающей в пузырьковом режиме, невелика. Пенный режим. С увеличением расхода газа выходящие из отверстия и прорези отдельные пузырьки сливаются в сплошную струю, которая на определенном расстоянии от места истечения разрушается вследствие сопротивления барботажного слоя с образованием большого количества пузырьков. При этом на тарелке возникает газо-жидкостная дисперсная система — пена, которая является нестабильной и разру- шается сразу же после прекращения подачи газа. В указанном режиме кон- тактирование газа и жидкости проис- ходит на поверхности пузырьков и струй газа, а также на поверхности капель жидкости, которые в большом количестве образуются над барботаж- ным 'слоем при выходе пузырьков газа из барботажного слоя и разрушении их оболочек. При пенном режиме по- верхность контакта фаз на барботаж- ных тарелках максимальна. Струйный (инжекцион- ный) режим. При дальнейшем увеличении скорости газа длина газовых струй увеличивается, и они выходят на поверхность барбо- тажного слоя, не разрушаясь и образуя большое количество крупных брызг. Поверхность контакта фаз в условиях такого гидродинамического режима резко снижается. Следует отметить, что переход от одного режима к другому происходит постепенно. Общие методы расчета границ гидродинамических режимов (критических точек) для барботажных тарелок отсутствуют. Поэтому при проектировании тарельчатых аппаратов обычно расчетным путем определяют скорость газа, соответствующую нижнему и верхнему пределам работы тарелки, и затем выбирают рабочую скорость газа. Так, для ситчатых тарелок минимальная скорость шн, при которой начинают работать все отверстия, находится по уравнению ъ = (Х1-26) где Гс — свободное сечение тарелки (в м2/мг), т. е. суммарное сечение всех отверстий, отнесенное к площади тарелки; Л0 — высота слоя жидкости на тарелке, м; С — коэффициент гидравлического сопротивления сухой тарелки. Скорость шв газа, соответствующая верхнему пределу работы абсорберов с ситчатыми тарелками, может быть определена по уравнению шв = 8,47-10-6 [1.2^ —4 (3600? —35)] I/ 2- (XI,27) ¥ Рр где —расход жидкости, отнесенный к периметру слнвной перегородки, м3/(м-сек); с\ — коэффициент, значение которого находится с помощью графика на рис. X1-17 (где Я — расстояние между тарелками, м). Для колпаковых тарелок скорость газа в прорезях колпачка шпр (в м/сек), при которой прорези полностью открываются (что соответствует эффективной работе этих тарелок), рассчитывают, пользуясь зависимостью Рис. ХІ-17. К определению предельной скорости газа в абсорбере с ситчатыми тарелками. где йПр — высота прорези прямоугольной формы в колпачке, м. (XI,28)
5. Устройство абсорбционных аппаратов 451 Предельно допустимая скорость газа дав в колонне с колпачковыми тарелками состав- ляет (в м/сек)'. = (Х1-29) Где (X — диаметр колпачка, м; ДН — расстояние от верхнего края колпачка до вышерас- положенной тарелки, м. Ситчатые тарелки. Колонна с ситчатыми тарелками (рис. XI-18) представляет собой вертикальный цилиндрический корпус 1 с горизон- тальными тарелками 2, в которых равномерно по всей поверхности про- сверлено значительное число отверстий диаметром 1—5 мм. Для слива жидкости и регулирования ее уровня на тарелке служат переливные трубки 3, нижние концы которых погружены в стаканы 4. Газ проходит сквозь отверстия тарелки и распределяется в жидкости в виде мелких струек и пузырьков. При слишком малой скорости газа жидкость может просачивать- ся (или «проваливаться») че- рез отверстия тарелки на нижерасположенную, что должно привести к сущест- венному снижению интенсив- ности массопередачи (см. гла- ву X, стр. 420). Поэтому газ должен двигаться с опреде- ленной скоростью и иметь давление, достаточное для того, чтобы преодолеть да- вление слоя жидкости на та- релке и предотвратить сте- нание жидкости через от- верстия тарелки. Ситчатые тарелки отли- чаются 'Простотой устройст- ва, легкостью монтажа, осмотра и ремонта. Гидравлическое сопротивление этих тарелок неве- лико. Ситчатые тарелки устойчиво работают в довольно широком интервале скоростей газа, причем в определенном диапазоне нагрузок по газу и жидкости эти тарелки обладают высокой эффективностью. Вместе с тем ситчатые тарелки чувствительны к загрязнениям и осадкам, которые забивают отверстия тарелок. В случае внезапного прекращения поступ- ления газа или значительного снижения его давления с ситчатых тарелок сливается вся жидкость, и для возобновления процесса требуется вновь запускать колонну. Разновидностью абсорберов с ситчатыми тарелками являются так называемые пенные абсорберы, тарелки которых, как указывалось (см. стр. 238), отличаются от ситчатых конструкцией переливного устройства. При одинаковом числе тарелок эффективность пенных аппаратов выше, чем эффективность абсорберов с ситчатыми тарелками. Однако вследствие большой высоты пены на тарелках гидравлическое сопротивление пенных абсорберов значительно, что ограничивает область их применения. Колпачковые тарелки. Менее чувствительны к загрязнениям, чем колонны с ситчатыми тарелками, и отличаются более высоким интервалом устойчивой работы колонны с колпачковыми тарелками (рис. Х1-19). Газ на тарелку 1 поступает по патрубкам 2, разбиваясь затем прорезями колпачка 3 на большое число отдельных струй. Прорези колпачков наиболее часто выполняются в виде зубцов треугольной или прямоугольной формы. Далее газ проходит через слой жидкости, перетекающей по та Рис. XI-18. Ситчатая' колонна: а — схема устройства колонны; б — схема работы тарелки; 1 —• корпус; 2 — тарелка; 3 — переливная труба; 4 —. стакан.
452 Гл. XI. Абсорбция релке от одного сливного устройства 4 к другому. При движении через слой значительная часть мелких струй распадается и газ распределяется в жидкости в виде пузырьков. Интенсивность образования пены и брызг на колпачковых тарелках зависит от скорости движения газа и глу- бины погружения колпачка в жид- кость. На рис. ХІ-20 показана схема работы колпачка при неполном (а) Г Рис. Х1-19. Схема работы колпачковой тарелки: I — тарелка; 2 — газовые патрубки; 3 — колпачки; 4 — сливные трубки. Рис. XI-20. Схема работы колпачка при неполном (а) и Полном (б) откры- тии прорезей: — тарелка;
2 — колпачок; 3 — газовый патрубок.
и полном (б) открытии прорезей, причем в последнем случае колпачок работает наиболее эффективно. Сечение и форма прорезей колпачка имеют второстепенное значение, но желательно устройство узких прорезей, так как при этом газ разбивается на более мелкие струйки, что способствует
Рис. Х1-21. Колпачковая тарелйа с различными переливами жидкости:
о — радиальный перелив; 1 — диск; 2 — прокладка; 3 — болты; 4 — опорное кольцо;
5 — колпачки; 6 — периферийные переливные трубки; 7 — центральная сливная трубка; б — диаметральный перелив; 1 —диск; 2 — опорный лист; 3 — приемный порог; 4 — сливной порог; 5 — сменная гребенка; 6 — перегородка; 7 — колпачки.
увеличению поверхности соприкосновения фаз. Для создания большей поверхности контакта фаз на тарелках обычно устанавливают значительное число колпачков, расположенных на небольшом расстоянии друг от друга.
Колпачковые тарелки изготовляют с радиальным или диаметральным переливами жидкости. Тарелка с радиальным переливом жидкости (рис. Х1-21, а) представляет собой стальной диск 1, который кре
5. Устройство абсорбционных аппаратов 453 пится на прокладке 2 болтами 3 к опорному кольцу 4. Колпачки 5 расположены на тарелке в шахматном порядке. Жидкость переливается на лежащую ниже тарелку по периферийным сливным трубкам 6, движется к центру и сливается на следующую тарелку по центральной трубке 7, затем снова течет к периферии и т. д. Тарелка сдиаметральным переливом жидкости (рис. X1-21, б) представляет собой срезанный с двух сторон диск 1, установленный на опорном листе 2. С одной стороны тарелка ограничена приемным порогом 3, ас другой — сливным порогом 4 со сменной гребенкой 5, при помощи которой регулируется уровень жидкости на тарелке. В тарелке этой конструкции периметр слива увеличен путем замены сливных трубок сегментообразными отверстиями, ограниченными перегородками 6, что снижает вспенивание жидкости при ее переливе. Рис, XI-22. Устройство капсюльного колпачка: — паровой патрубок;
- Scan Pirat
- Глава IV. Перемещение и сжатие газов (компрессорные машины)
- Общие сведения . . .
- Сравнение и области применения компрессорных машин различных
- Глава V. Разделение неоднородных систем 176
- Общие сведения 186
- Общие сведения . 227
- Глава VI. Перемешивание в жидких средах 246
- Общие сведения 246
- Глава VII. Основы теплопередачи в химической аппаратуре 260
- Общие сведения 260
- Глава VIII. Нагревание, охлаждение и конденсация 310
- Общие сведения . 310
- Нагревание газообразными высокотемпературными теплоносителями
- Общие сведения . 347
- Общие сведения 382
- Общие сведения 434
- Глава XV. Сушка . . .Ч 583
- Глава XVI. Кристаллизация 632
- Глава XVII. Искусственное охлаждение 646
- Циклы, основанные на сочетании дросселирования и расширения газа
- Глава XVIII. Измельчение твердых материалов 679
- Общие сведения 679
- Крупное дробление 684
- Тонкое измельчение n 693
- Глава XIX. Классификация и сортировка материалов 703
- Глава XX. Смешение твердых материалов 711
- 2. Возникновение и развитие науки о процессах и аппаратах
- Возникновение и развитие науки о процессах и аппаратах
- 3. Классификация основных процессов
- 4. Общие принципы анализа и расчета процессов и аппаратов
- Общие принципы анализа и расчета процессов и аппаратов
- Основные определения
- Некоторые физические свойства жидкостей
- 2. Некоторые физические свойства жидкостей
- Некоторые физические свойства жидкостей
- Некоторые физические свойства жидкостей
- Дифференциальные уравнения равновесия Эйлера
- Основное уравнение гидростатики
- Основное уравнение гидростатики
- Основные характеристики движения жидкостей
- Основные характеристики движения жидкостей
- 6. Основные характеристики движения жидкостей
- 6. Основные характеристики движения жидкостей
- 6. Основные характеристики движения жидкостей
- 6. Основные характеристики движения жидкостей
- 48 Гл. II. Основы гидравлики. Общие вопросы прикладной гидравлика
- Уравнение неразрывности (сплошности) потока
- 8. Дифференциальные уравнения движения Эйлера
- 9. Дифференциальные уравнения движения Навье—Стокса
- 9., Дифференциальные уравнения движения Навье—Стокса
- 10. Уравнение Бернулли
- 10. Уравнение Бернулли
- Некоторые практические приложения уравнения Бернулли
- 11. Некоторые практические-приложения уравнения Бернулли
- 12« Основы теории подобия и анализа размерностей.
- 12. Основы теории подобая а анализа размерностей. Принципы моделирования 71
- 12. Основы теории подобия и анализа размерностей. Принципы моделирования п
- Гидродинамическое подобие
- 13. Гидродинамическое подобие
- 13. Гидродинамическое подобия
- 13. Гидродинамическое подобие
- Гидравлические сопротивления в трубопроводах
- 14. Гидравлические сопротивления в трубопроводах
- 14. Гидравлические сопротивления в трубопроводах
- Течение неньютоновских жидкостей
- Закономерности движения неньютоновских жидкостей имеют ряд особенностей. - Для обычных, или ньютоновских, жидкостей зависимость между напряжением сдвига т
- Неньютоновские жидкости можно разделить на три большие группы. К первой группе относятся так называемые вязкие, или стационарные, не- ньютоновские жидкости. Для этих
- Времени. По виду данной функции (кривой тече- нии) различают следующие разновидности жид- костей этой группы.
- Называемый пластическо
- Зависимость (11,105) изображается на рис. 11-26 линией 2
- 15. Течение неньютоновских жидкостей
- Ростях сдвига; в результате величины и х становятся пропорциональными друг другу
- Расчет диаметра трубопроводов
- 17. Движение тел в жидкостях
- Движение тел в жидкостях
- 17. Движение тел в жидкостях
- 18. Движение жидкостей через неподвижные зернистые и пористые слои 101
- Движение жидкостей через неподвижные зернистые и пористые слои
- 18. Движение жидкостей через неподвижные зернистые и пористые слои 103
- Для полидисперсных зернистых слоев расчетный диаметр (1 вычисляют из соотношения
- 18. Движение жидкостей через неподвижные зернистые и пористые слои 105
- 19. Гидродинамика кипящих (псевдоожиженных) зернистых слоев 107
- 19. Гидродинамика кипящих (псевдоожиженных) зернистых слоев 109
- 20. Элементы гидродинамики двухфазных потоков
- Элементы гидродинамики двухфазных потоков
- 20. Элементы гидродинамики двухфазных потоков
- 20. Элементы гидродинамики двухфазных потоков
- Структура потоков и распределение времени пребывания жидкости в аппаратах
- Глава III
- Перемещение жидкостей (насосы)
- Общие сведения
- Основные параметры насосов
- 3. Напор насоса. Высота всасывания
- Центробежные насосы
- 4. Центробежные насосы
- 4. Центробежные насосы
- 4. Центробежные насосы
- 4. Центробежные насосы
- Поршневые насосы
- 5. Поршневые насосы
- 5. Поршневые насосы
- Специальные типы поршневых и центробежных насосов
- Насосы других типов
- 7. Насосы других типов
- 7. Насосы других типов
- Сравнение и области применения насосов различных типов
- 8. Сравнение и области применения насосов различных типов
- Глава IV
- Перемещение и сжатие газов (компрессорные машины)
- Общие сведения
- 2. Термодинамические основы процесса сжатия газов
- 2.. Термодинамические основы процесса сжатия газов
- 2. Термодинамические основы процесса сжатия газов
- 3. Поршневые компрессоры
- Поршневые компрессоры
- 3. Поршневые компрессоры
- 3. Поршневые компрессоры
- 3. Поршневые компрессоры
- 4. Ротационные компрессоры и газодувки
- Ротационные компрессоры и газодувки
- 6. Осевые вентиляторы и компрессоры
- Осевые вентиляторы и компрессоры
- Винтовые компрессоры
- Вакуум-насосы
- 8. Вакуум-насосы
- Глава V
- 1. Неоднородные системы и методы их разделения
- Материальный баланс процесса разделения
- Скорость стесненного осаждения (отстаивания)
- 3. Скорость стесненного осаждения (отстаивания)
- 4. Коагуляция частиц дисперсной фазы
- Коагуляция частиц дисперсной фазы
- Отстойники
- 5. Отстойники
- 5. Отстойники
- Общие сведения
- 6. Общие сведения
- 6. Общие сведения
- Уравнения фильтрования
- 8. Фильтровальные перегородки
- Фильтровальные перегородки
- Устройство фильтров
- 9. Устройство фильтров
- 9. Устройство фильтре*
- 9. Устройство фильтров
- 9. Устройство фильтров
- 9. Устройство фильтров
- 9. Устройство фильтров
- 10. Расчет фильтров
- 9. Устройство фильтров
- Основные положения
- 12. Центробежная сила и фактор разделения
- Центробежная сила и фактор разделения
- Процессы в отстойных центрифугах
- Процессы в фильтрующих центрифугах
- Устройство центрифуг
- 16. Расчет центрифуг
- 16. Расчет центрифуг
- 17. Общие сведения
- 17. Общие сведения
- 18. Гравитационная очистка газов
- 2 Камера; 2 — горизонтальные перегородки (полки)! 3 — отражательная перегородка; 4 *- дверцы.
- Очистка газов под действием инерционных и центробежных сил
- 20. Очистка газов фильтрованием
- Очистка газов фильтрованием
- Мокрая очистка газов
- 21. Мокрая очистка газов
- Электрическая очистка газов
- 22. Электрическая очистка газов
- 22. Электрическая очистка газов
- 23. Коагуляция и укрупнение частиц, отделяемых при газоочистке
- Коагуляция и укрупнение частиц, отделяемых при газоочистке
- 24. Сравнительные характеристики и выбор газоочистительной аппаратуры 245
- Глава VI
- 2. Механическое перемешивание
- 2. Механическое перемешивание
- 2. Механическое перемешивание
- 3. Механические перемешивающие устройства
- 3. Механические перемешивающие устройства
- Пневматическое перемешивание
- 5. Перемешивание в трубопроводах
- Перемешивание в трубопроводах
- 6. Перемешивание с помощью сопел и насосов
- 2. Тепловые балансы
- Тепловые балансы
- Основное уравнение теплопередачи
- 4. Температурное поле и температурный градиент
- Температурное поле и температурный градиент
- Передача тепла теплопроводностью
- 5. Передача тепла теплопроводностью
- 5. Передача тепла теплопроводностью
- Тепловое излучение
- 6. Тепловое излучение
- 6. Тепловое излучение
- 7. Передача тепла конвекцией (конвективный теплообмен)
- Передача тепла конвекцией (конвективный теплообмен)
- 7. Передача тепла конвекцией (конвективный теплообмен) 277
- 7. Передача тепла конвекцией (конвективный теплообмен) 279
- 8. Опытные данные по теплоотдаче
- Опытные данные по теплоотдаче
- 8. Опытные данные по теплоотдаче
- 8. Опытные данные по теплоотдаче
- 8. Опытные данные по теплоотдаче
- 8. Опытные данные по теплоотдаче
- 10. Сложная теплоотдача
- Численные значения коэффициентов теплоотдачи
- Сложная теплоотдача
- Теплопередача
- 11. Теплопередача
- 11. Теплопередача
- 11. Теплопередача
- 12., Нестационарный теплообмен
- 12. Нестационарный теплообмен
- Дгср _ ——-f - j_t -
- 12. Нестационарный теплообмен
- Глава VIII нагревание, охлаждение и конденсация
- Общие сведения
- Нагревание водяным паром
- Центробежный насос.
- 4. Нагревание топочными газами
- Нагревание горячей водой
- Нагревание топочными газами
- 1 Сопло горелки; 2 —- огнеупорная пористая панель; 3 — радиантная часть (змеевик); 4 — конвективная часть (змеевик); 5 — перегреватель; 6 и- дымовая труба.
- Нагревание высокотемпературными теплоносителями
- I печь со змеевиком; 2 — теплоиспользующнй аппарат; 3 подъемный трубопровод; 4 — опускной трубопровод; 5 — циркуляционный насос.
- Нагревание электрическим током
- Охлаждение до обыкновенных температур
- Охлаждение до низких температур
- Конденсация паров
- Трубчатые теплообменники
- Змеевиковые теплообменники
- Пластинчатые теплообменники
- Оребренные теплообменники
- 16. Теплообменные устройства реакционных аппаратов
- Конденсаторы смешения
- Расчет теплообменных аппаратов
- Расчет конденсаторов паров
- Глава IX
- Общие сведения
- Однокорпусные выпарные установки
- 2. Однокорпусные выпарные установки
- 3. Многокорпусные выпарные установки
- Многокорпусные выпарные установки
- 3. Многокорпусные выпарные установки
- Устройство выпарных аппаратов
- Расчет многокорпусных выпарных аппаратов
- Общие сведения
- 1. Общие сведения
- Равновесие при массопередаче
- Скорость массопередачи
- 3. Скорость массопередачи
- Движущая сила процессов массопередачи
- Массопередача с твердой фазой
- 6. Массопередача с твердой фазой
- Глава XI
- Равновесие при абсорбции
- Материальный и тепловой балансы процесса
- Скорость процесса
- Устройство абсорбционных аппаратов
- — Щели.
- Расчет абсорберов
- 7. Десорбция
- 8. Схемы абсорбционных установок
- Глава XII
- Характеристики двухфазных систем жидкость—пар
- 4. Ректификация
- 4. Ректификация
- Специальные виды перегонки
- Глава XIII
- Общие сведения
- 2. Равновесие в системах жидкость—жидкость
- 2. Равновесие в системах жидкость—жидкость
- 2. Равновесие в системах жидкость—жидкость
- 2. Равновесие в системах жидкость—жидкость
- 3. Методы экстракции
- 3. Методы экстракции
- 3. Методы экстракции
- 1/ 2, 8, .... П — ступени.
- 3. Методы экстракции
- 3. Методы экстракции
- 3. Методы экстракции
- 4. Устройство экстракционных аппаратов
- Ступенчатые экстракторы
- 4. Устройство экстракционных аппаратов
- 4. Устройство экстракционных аппаратов
- 1Л. XIII. Экстракция
- 4. Устройство экстракционных аппаратов
- 5. Расчет экстракционных аппаратов
- 5. Расчет экстракционных аппаратов
- 7. Равновесие и скорость процессов экстракции и растворения
- Рис, хііі-27. Схема извлечения растворенного вещества из пористого тела и профиль концентраций.
- Способы экстракции и растворения
- 8. Способы экстракции и растворения
- Рнс. Хііі-29. Схема противоточной промывки осадка (шлама) на барабанных вакуум-фильтрах:
- Устройство экстракционных аппаратов
- 9. Устройство экстракционных аппаратов
- 9. Устройство экстракционных аппаратов
- Расчет экстракционных аппаратов
- Глава XIV
- Общие сведения
- 2. Характеристики адсорбентов и их виды
- Равновесий при адсорбции
- 3. Равновесие при адсорбции
- Скорость адсорбции
- 4. Скорость адсорбции
- 4. Скорость адсорбции
- Десорбция
- 5. Десорбция
- 6. Устройство адсорберов и схемы адсорбционных установок
- 6. Устройство адсорберов и схемы адсорбционных установок
- Расчет адсорберов
- 7. Расчет адсорберов
- Ионообменные процессы
- Глава XV
- Основные параметры влажного газа
- Равновесие при сушке
- Материальный и тепловой балансы сушки
- Определение расходов воздуха и тепла на сушку
- Варианты процесса сушки
- Скорость сушки
- 8. Скорость сушки
- Dwc cftuiP
- Устройство суЬшлок
- Конвективные сушилки с неподвижным или движущимся плотным слоем материала
- Конвективные сушилки с перемешиванием слоя материала
- Конвективные сушилки со взвешенным слоем материала
- 1 Верхняя камера; 2 — нижняя камера; 3 — раз» рыхлитель.
- I камера сушилки; 2 — полые плиты.
- Глава XVI
- 1, Общие сведения
- Равновесие при кристаллизации
- Влияние условий кристаллизации на свойства кристаллов
- Способы кристаллизации
- Устройство кристаллизаторов
- I __ труба аппарата; 2 — термоизоляционный кожух; 3 — вентилятор; 4 — труба
- 7. Расчеты кристаллизаторов Материальный баланс кристаллизации
- Глава XVII искусственное охлаждение
- Общие сведения
- Термодинамические основы получения холода
- Другие методы получения низких температур
- Компрессионные паровые холодильные машины
- Абсорбционные холодильные машины
- Пароводяные эжекторные холодильные машины
- Циклы с дросселированием газа
- Циклы с тепловым насосом
- Сравнение основных циклов глубокого охлаждения
- Методы разделения газов
- Механические процессы
- Глава XVIII измельчение твердых материалов
- Общие сведения
- Физико-механические основы измельчения.
- Щековые дробилки
- Конусные дробилки
- Валковые дробилки
- Ударно-центробежные дробилки
- Барабанные мельницы
- Кольцевые мельницы
- 8 Сепаратор Материал
- Мельницы для сверхтонкого измельчения
- Глава XIX
- Классификация и сортировка материалов
- Грохочение
- Гидравлическая классификация и воздушная сепарация
- Глава XX
- 328 Расчет 343
- Основные процессы и аппараты химической технологии