Конструирование и расчет элементов колонных аппаратов. Учебное пособие (1093152), страница 2
Текст из файла (страница 2)
При достаточно высоких скоростях (более 10 м/сек)движущийся снизу вверх газ увлекает жидкую пленку в направлении своегодвижения, осуществляя таким образом восходящий прямоток. Процесс в этихаппаратах ведут при больших скоростях газа (до 40 м/сек), чем достигаютсявысокие коэффициенты массопередачи.9Рис. 2.4.
Аппарат с восходящим движением пленки: а - одноступенчатый, б –двухступенчатый; 1 — трубы, 2 — трубные решетки, 3 — камера, 4 — патрубки, 5 — щели.Схема аппарата с восходящим движением пленки показана на рис. 2.4,а.Аппарат состоит из пучка труб 1, закрепленных в трубных решетках 2. Газподводится из камеры 3 через патрубки 4, расположенные соосно с трубами 1.Между верхними обрезами патрубков и нижними обрезами труб оставленыщели 5, через которые жидкость поступает в трубы 1. Увлекаемая движущимсягазом жидкость течет в виде пленки по внутренней поверхности этих труб снизувверх. По выходе из труб 1 жидкость сливается на верхнюю трубную решетку ивыводится из аппарата.В описанном аппарате нельзя осуществить противоточный процесс.Однако в этом случае может быть применен аппарат, включающий несколькосоединенных противотоком ступеней, каждая из которых работает по принципупрямотока.
Схема такого аппарата с двумя ступенями изображена на рис 2.4,б.Противоточный процесс можно также осуществить в тарельчатомаппарате с прямоточными контактными устройствами, показанном на рис. 2.5.Аппарат состоит из тарелок 2, представляющих собой горизонтальныеперегородки с двумя отверстиями. В отверстии большего диаметра закрепленатруба 3, а в отверстии меньшего диаметра — переливная труба 4. На нижнемконце переливной трубы закреплен стакан 1, создающий гидравлическийзатвор.
Тарелки устанавливают так, чтобы ось переливной трубы 4 точносовпадала с осью трубы 3, укрепленной на нижележащей тарелке.10Рис. 2.5. Тарельчатый аппарат с прямоточнымиконтактными устройствами: 1—стакан, 2—тарелки, 3—труба, 4—переливная труба, 5—перегородки.Газ поступает в кольцевой зазор между трубой 3 и стаканом 1;захватывая жидкость, вытекающую из этого стакана, газ движется вверх покольцевому зазору между трубами 3 и 4, а жидкость поднимается в виде пленкипо наружной поверхности переливной трубы 4. Газо-жидкостной поток повыходе из зазора между трубами 3 и 4 ударяется в дно вышележащей тарелкии поворачивает вниз; при этом капли жидкости отделяются от газа.Жидкость по переливной трубе стекает на нижележащую тарелку, а газпоступает в трубу 3, закрепленную на вышележащей тарелке.
Перегородка 5препятствует попаданию капель жидкости на поверхность трубы 3, откуда онимогли бы быть унесены потоком газа [24].3КОЛОННЫ С ПОВЕРХНОСТЬЮ,ПРОЦЕССЕ ДВИЖЕНИЯ ФАЗОБРАЗУЕМОЙ В3.1 КОНСТРУКЦИЯ РАСПЫЛИТЕЛЬНЫХ КОЛОНННа рис. 3.1 показаны некоторые типы распыливающих аппаратов,выполненных в виде полых колонн [24]. Газ в них движется обычно снизу вверх,а жидкость подается через расположенные в верхней части колонныраспылители с направлением факела распыла сверху вниз (рис.
3.1,а) или поднекоторым углом к горизонтальной плоскости (рис. 3.1,б).Во многих случаях, особенно при большой высоте колонны, распылителирасполагают в несколько ярусов. При этом факелы распыла направляют сверхувниз или под углом к горизонтальной плоскости (см. рис. 3.1,б), либо снизувверх. Применяют также комбинированную установку распылителей: частьфакелом вверх, а часть — факелом вниз.11Рис. 3.1. Полые распиливающие аппараты: а — факел распыла направлен вниз, б—факел распыла направлен под углом (двухрядное расположение форсунок), в - спережимом в нижней части.В полом аппарате, где распылители с направлением факела распыласверху вниз расположены в один ярус в верхней части аппарата, теоретическиосуществляется противоток (при движении газа снизу вверх).
Однаковследствие циркуляции и перемешивания газа такие аппараты по характеруконтакта газа и жидкости ближе к аппарату с полным перемешиванием газа иэффективная движущая сила в них ниже, чем при противотоке.В многоярусных полых аппаратах (при вводе в распылители каждогояруса свежей жидкости), а также в аппаратах с направленным вверх факеломраспыла противоток отсутствует; однако при этом эффективная движущая силапримерно такая же, как и в противоточпых аппаратах с одним ярусомраспылителей. В то же время наличие нескольких ярусов распыления ведет кповышению эффективности аппарата.В рассмотренных типах полых аппаратов газ распределяетсянеравномерно, что снижает их эффективность.
Предложено несколькоконструкций, позволяющих улучшить распределение газа. На рис. 3.1,визображен аппарат с пережимом в нижней части. Через отверстие в пережимегаз проходит со сравнительно большой скоростью (до 6—10 м/с), чтоспособствует более равномерному распределению его вследствие добавочногосопротивления в пережиме. Добавочное сопротивление может быть созданотакже тонким слоем насадки, отделяющим входящую струю газа от основногообъема аппарата.Полые распыливающие аппараты отличаются простотой конструкции инизкой стоимостью; они обладают малым гидравлическим сопротивлением имогут применяться при сильно загрязненных газах.
При использованиифорсунок соответствующей конструкции полые аппараты могут работать и вслучае загрязненных жидкостей.Основной недостаток полых аппаратов — невысокая эффективность,обусловленная перемешиванием газа и плохим заполнением объема факеломраспыленной жидкости. В результате объемный коэффициент массопередачи ичисло единиц переноса в этих аппаратах невелики; скорость газа в них должнабыть низкой (до 1 м/с) во избежание уноса распыленной жидкости с газом.Полые аппараты неудовлетворительно работают при низкихплотностях12орошения, а количество подаваемой жидкости трудно поддаетсярегулированию. Кроме того, расход энергии на распыление жидкости довольновысок (0,3—1 квт*ч на 1 т распыляемой жидкости).Из-за указанных недостатков полые аппараты имеют довольноограниченное применение.Из многочисленных типов форсунок, используемых для распыленияжидкости, в полых аппаратах применяют главным образом механическиецентробежные и ударные форсунки.
Эти форсунки производят распыление засчет энергии жидкости, подаваемой под избыточным давлением 0.2—0.3 МПа.В центробежных форсунках распыление происходит под действиемцентробежной силы, развиваемой при вращении жидкости, вызванном либо еетангенциальным вводом (рис. 3.2,а), либо движением по спиральным каналам(рис. 3.2,б). В ударных форсунках распыление происходит или в результатеудара струи жидкости о препятствие (рис.3.2,в), или при взаимном ударе двухжидких струй (рис. 3.2,г).Рис. 3.2. Форсунки: а — центробежная с тангенциальным вводом жидкости; б — свинтовым вкладышем; в — ударная; г — с взаимным ударом двух струй.В полых распыливающих аппаратах скорость газа нельзя значительноповысить, так как это вызвало бы унос с ним большей части распыленнойжидкости.
В случае прямотока газа и жидкости процесс проводят при большихскоростях газа (20—30 м/сек и выше), причем вся жидкость уносится с газом иотделяется от него в отдельном сепарационном устройстве.3.2 КОНСТРУКЦИЯ ИНЖЕКТОРНЫХ (СКОРОСТНЫХ ПРЯМОТОЧНЫХ)КОЛОННРабочий объем скоростных прямоточных распыливающих аппаратовобычно имеет форму трубы Вентури (поэтому такие аппараты часто называютаппаратами Вентури) [24]. Этот объем состоит (рис. 3.3) из сужающейся части(конфузора), узкой части (горловины) и расширяющейся части (диффузора).Жидкость подают в горловину или в конфузор. Пройдя с большой скоростьючерез горловину, газ поступает в диффузор; здесь скорость газа постепенноснижается, после чего он направляется в сепарационное устройство.
Вдиффузоре кинетическая энергия газа переходит в энергию давления сминимальными потерями.На рис. 3.3 показаны некоторые типы аппаратов Вентури. В аппарате,изображенном на рис. 3.3,а, жидкость подается в горловину 1 черезрасположенные по ее периферии отверстия и отделяется от газа в циклоне 2.На рисунке изображена труба Вентури прямоугольного сечения; применяют13аппараты такого же типа и с круглыми трубами.
В аппарате, приведенном нарис. 3.3,б, осуществляется центральный ввод жидкости через сопло 3.Сепарационным устройством является бак 4, на крышке которого установленатруба Вентури. Аппараты Вентури, показанные на рис. 3.3, называютфорсуночными, поскольку жидкость вводят в них через форсунки (сопла).Такие аппараты могут иметь вертикально или горизонтально расположенныетрубы Вентури.Рис.
3.3. Форсуночные аппараты Вентури: а — с периферийным вводомжидкости; б — с центральным вводом жидкости; 1 — горловина с отверстиями, 2 —циклон, 3 — сопло; 4 — бак.Рис. 3.4. Бесфорсуночные аппараты Вентури: а — с эжекцией жидкости; б — спленочным орошением; 1 — бак; 2 — сепаратор; 3 — циркуляционная труба; 4 — затвор.При вертикальном расположении трубы Вентури возможны и другиеспособы ввода жидкости. На рис. 3.4,а показан бесфорсуночный аппаратВентури, в котором жидкость эжектируется в конфузор поступающим в негогазом. Количество засасываемой газом жидкости определяется ее уровнем вбаке 1. Жидкость, отделенная от газа в сепараторе 2, возвращается в бак поциркуляционной трубе 3.
Из бака жидкость удаляется через затвор 4, припомощи которого и поддерживается необходимый уровень жидкости в баке.Бесфорсуночные аппараты Вентури могут работать и без циркуляции жидкости.В аппарате показанном на рис. 3.4.б жидкость поступает в конфузор,14переливаясь через его верхний обрез. Далее жидкость стекает по конфузору ввиде пленки и распыливается газом при прохождении через горловину.Рис. 3.5.
Аппарат распыливающего типа (APT): а — с одним центральным конусом, б— с несколькими конусами; в — с двумя ступенями распыления.Разновидностью скоростных прямоточных распыливающих аппаратовявляется аппарат распыливающего типа (APT). Этот аппарат (рис. 3.5,а)действует аналогично изображенному на рис. 3.4,б, но не имеет диффузора.При больших производительностях в верхней плите устанавливают несколькоконусов (конфузоров), как показано на рис.
3.5,б. Из-за отсутствия диффузорааппарат APT обладает более высоким гидравлическим сопротивлением, чемаппараты с трубами Вентури. В аппаратах APT можно осуществить несколькоступеней распыления, устанавливая два или более конуса (рис. 3.5,в).Другой разновидностью скоростных прямоточных аппаратов являетсяударно-распылительный аппарат (рис. 3.6), выполненный в виде колонногоаппарата с многоступенчатым контактом.Рис.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
