Конструирование и расчет элементов колонных аппаратов. Учебное пособие, страница 3

3.6. Ударно-распылительный аппарат: 1 —перегородка;2—гидравлический затвор; 3 —порог перелива.Скоростные прямоточные распыливающие аппараты — высокоинтенсивные аппараты и поэтому весьма перспективны для процессов, нетребующих противотока или позволяющих обойтись небольшим числомступеней. Однако эти аппараты изучены пока еще недостаточно и опытпромышленной эксплуатации их невелик. Поэтому трудно дать рекомендациипо выбору типа указанных аппаратов и режиму в них.15Если требуется иметь небольшое гидравлическое сопротивление,целесообразно применять невысокие скорости газа (20 — 30 м/с), устанавливаяв случае необходимости лишнюю ступень. Наименьшим сопротивлениемобладают форсуночные аппараты Вентури. Сопротивление бесфорсуночныхаппаратов и аппаратов APT выше.

В то же время бесфорсуночный аппаратВентури может работать без циркуляции жидкости посредством насоса, чтообычно требуется в форсуночных аппаратах Вентури и APT; поэтому общийрасход энергии для бесфорсуночного аппарата в ряде случаев меньше.3.3 КОНСТРУКЦИИ НАСАДОЧНЫХ КОЛОННКонструкциинасадочныхколоннописанымногимиавторами[1,4,15,20,24,31]. Такие аппараты представляют собой колонны, загруженныенасадкой из тел различной формы (кольца, кусковой материал, деревянныерешетки и т.д.) [24].

Соприкосновение газа с жидкостью происходит в основномна смоченной поверхности насадки, по которой стекает орошающая жидкость.Поверхность насадки в единице объема аппарата может быть довольнобольшой и поэтому в сравнительно небольших объемах можно создатьзначительные поверхности массопередачи. Однако в ряде случаев активнаяповерхность контакта меньше геометрической поверхности.Насадочные колонны применяются главным образом при перегонкевысокоагрессивных или вязких продуктов, при необходимости иметь небольшойперепад давления или малый запас жидкости в колонне. Новые типывысокоэффективной насадки применяются также для разделения компонентов,имеющих близкие температуры кипения.Применение насадочных колонн в настоящее время ограниченосравнительно небольшими их диаметрами (порядка 0,8—1,0 м). Подобноеположение в основном объясняется тем, что в колоннах большого диаметражидкость и газ могут двигаться через различные сечения колонны, невзаимодействуя друг с другом, и эффективность разделения при этом будетрезко падать.Насадочные колонны с высокоэффективной и сравнительно недорогойнасадкой при правильной организации в них гидродинамического режима вомногих случаях могут оказаться даже значительно более экономичнымиаппаратами, чем тарельчатые колонны [1].Течение жидкости по насадке носит в основном пленочный характер,вследствие чего насадочные аппараты можно рассматривать какразновидность пленочных.

В то же время между насадочными и пленочнымиаппаратами, в том числе аппаратами с листовой насадкой, имеются различия.В пленочныхаппаратах пленочное течение жидкости происходит по всейвысоте аппарата, тогда как в насадочном — лишь по высоте элемента насадки.При перетекании жидкости с одного элемента насадки на другой пленкажидкости разрушается и на нижележащем элементе образуется новаяпленка.

Некоторая часть жидкости при этом проваливается в виде капельчерез расположенные ниже слои насадки.16Приопределенныхусловиях пленочноетечение жидкости внасадочных аппаратах нарушается и контакт между газом и жидкостьюосуществляется в режиме барботажа.Насадочный аппарат (рис. 3.7) состоит из колонны, в которой помещенаподдерживающая решетка 1 на этой решетке уложен слой насадки 2.Орошающая жидкость подается на насадку при помощи распределительногоустройства 3.

В показанном на рис. 3.7,а аппарате насадка уложена сплошнымслоем по всей высоте. Иногда насадку укладывают несколькими слоями,устанавливая под каждым слоем отдельные поддерживающие решетки (рис.3.7,б). В некоторых случаях при послойной укладке насадки между отдельнымислоями устанавливают устройства 4 для перераспределения жидкости.Движение газа и жидкости в насадочных аппаратах обычноосуществляется противотоком, как показано на рис. 3.7. Прямоток применяютдовольно редко. Однако в последнее время большое внимание уделяютсозданию прямоточных насадочных аппаратов, работающих с большимискоростями газа (до 10 м/сек).

При таких скоростях, которые в случаепротивотоканедостижимыиз-занаступлениязахлебывания,интенсифицируетсяпроцессиуменьшаютсягабаритыаппарата;гидравлическое сопротивление при прямотоке значительно ниже, чем припротивотоке. Применение таких аппаратов целесообразно в тех случаях, когданаправление движения фаз не влияет заметно на движущую силу.Рис. 3.7.

Насадочные аппараты: а - сo сплошной загрузкой насадки; б - спослойной загрузкой насадки; 1 — поддерживающие решетки, 2 —насадка, 3 —устройство для распределения жидкости, 4 — перераспределитель, 5 — труба.Описаны аппараты с плавающей насадкой, в которых легкие насадочныетела (полые пластмассовые шары) поддерживаются током газа во взвешенном(псевдоожиженном) состоянии.Положение слоя шаров фиксируется нижней (опорной) и верхней(ограничивающей) решетками. В больших аппаратах пространство междурешетками разделено вертикальными перегородками на квадратные илипрямоугольные отсеки. Такие аппараты рекомендуются при обработкезагрязненных газов и жидкостей, так как в них забивания насадки непроисходит.

Описаны установки с аппаратами, имевшими характеристики:17диаметры 3 и 3,5 м; высота насадки (в неподвижном состоянии) около 0,3 м,приведенная скорость газа примерно 2,5 м/сек; сопротивление 1200—1300 Па.Недостаток насадочных аппаратов — трудность отвода тепла в процессеабсорбции. Обычно применяют циркуляционный отвод тепла, используявыносные холодильники.

Предложенные конструкции аппаратов с внутреннимотводом тепла при помощи помещенных в насадку охлаждающих элементов неполучили распространения [24].3.3.1 РАСПРЕДЕЛИТЕЛЬНЫЕ УСТРОЙСТВА ДЛЯ ПОДАЧИ ЖИДКОСТИНаиболее полное смачивание насадки и наибольшая эффективностьаппарата достигаются при равномерном распределении жидкости попоперечному сечению колонны. Для равномерной подачи орошающей жидкостиприменяют различные распределительные устройства [1,12,15,24], которыеможно подразделить на две группы:• устройства, подающие жидкость отдельными струями (струйчатыеоросители);• устройства, в которых подаваемая на насадку жидкость разбивается накапли (разбрызгивающие оросители).К струйчатым оросителям относятся распределительные плиты, желоба,«пауки», дырчатые трубы, брызгалки и оросители типа сегнерова колеса; кразбрызгивающим — тарельчатые, многоконусные и вращающиесяцентробежные оросители.Распределительные плиты применяют двух видов: с затопленнымиотверстиями и свободным сливом жидкости.

Плита с затопленнымиотверстиями (рис. 3.8,а и б) представляет собой горизонтальную решетку 1, вкоторой закреплены патрубки 2, нижние концы патрубков опущены в насадкуили доходят до ее торца. Диаметр и количество патрубков выбирают так, чтоуровень жидкости устанавливается выше их верхнего обреза, и они заполненытекущей жидкостью. Газ отводится через патрубки 3, выступающие вышеуровня жидкости (рис. 3.8,б). Иногда отвод газа располагают ниже плиты (рис.3.8,а); в этом случае пространство над плитой может быть открытым (еслиорошающая жидкость не выделяет газов и паров), что удобно для наблюденияза орошением и для прочистки патрубков.

Чтобы предотвратить быстроезасорение, патрубки применяют диаметром не менее 15 мм. Длину патрубковследует брать не менее чем в 2,5—3 раза больше их диаметра, причем воизбежание прорыва газа через патрубки уровень жидкости должен быть вышеих верхнего обреза не менее чем на 120—150 мм.На рис. 3.8, в показана плита со свободным сливом жидкости. В этойконструкции патрубки имеют сравнительно большой диаметр (30—100 мм),причем газ и жидкость проходят через одни и те же патрубки. В выступающихчастях патрубков иногда выполняют прорези для стекания через них жидкости.18Рис.

3.8. Распределительные плиты: а, б — с затопленными отверстиями; в— сосвободным сливом; 1 — решетка, 2 — патрубки для жидкости, 3 - патрубки для газа.Для хорошего распределения жидкости плиты, особенно со свободнымсливом жидкости, должны быть установлены так, чтобы верхние обрезыпатрубков были расположены в одной строго горизонтальной плоскости. Точнаяустановка плит представляет большие трудности, особенно в аппаратахбольших диаметров (свыше 2—3 м).

В таких аппаратах часто изготавливаютплиту из нескольких частей, причем каждая из частей подвешивается к крышкеаппарата посредством тяг, что дает возможность регулировать положениекаждой из частей; при этом газ проходит через зазоры между частями плит.Рис. 3.9. Распределительные желоба со свободным сливом.Желоба по принципу работы близки к распределительным плитам. Вжелобах со свободным сливом (рис.