Контрольная работа по «Машины и оборудование»

При физической абсорбции  обычно используют в качестве абсорбента воду, а также органические растворители и неорганические, не реагирующие  с извлекаемыми компонентами и их водными растворами.

При хемосорбции в качестве абсорбента используют водные растворы солей, органические вещества и водные суспензии различных веществ.

Абсорбция представляет процесс  химической технологии, включающей массоперенос между газообразным компонентом  и жидким растворителем, осуществляемый в аппарате для контактирования газа с жидкостью. Аппараты, в которых осуществляется процесс абсорбции, называют абсорберы.

Процесс, обратный абсорбции, называется десорбцией. Если изменяются условия, например, происходит понижение давления над жидкостью или снижается температура, процесс становится обратимым и происходит выделение газа из жидкости. Таким образом, может быть осуществлен циклический процесс абсорбции-десорбции. Это позволяет выделить поглощенный компонент. Сочетая абсорбцию с десорбцией, можно многократно использовать почти без потерь жидкий поглотитель (абсорбент) в замкнутом контуре аппаратов: абсорбер-десорбер-абсорбер (круговой процесс), выделяя поглощенный компонент в чистом виде.

Абсорбция — наиболее распространенный процесс очистки газовых смесей во многих отраслях, например, в химической промышленности. Абсорбцию широко применяют  для очистки выбросов от сероводорода, других сернистых соединений, паров  соляной, серной кислот, цианистых соединений, органических веществ (фенола, формальдегида  и др.). Для более полного извлечения компонента из газовой смеси при  физической абсорбции необходимо использовать принцип противотока с непрерывной  подачей в абсорбер свежего раствора. Абсорбционная система может быть простой, в которой жидкость применяется только один раз и удаляется из системы без отделения абсорбированного загрязнения. В другом варианте загрязнение отделяют от абсорбирующей жидкости, выделяя её в чистом виде. Затем абсорбент вновь подают на стадию абсорбции, снова регенерируют и возвращают в систему.

Процессы  абсорбции проводят в специальных  аппаратах - абсорберах.

Абсорбция, как и другие процессы массопередачи, протекает на развитой поверхности раздела фаз. Для интенсификации процесса абсорбции необходимы аппараты с развитой поверхностью контакта между жидкой и газовой фазами (абсорбента с газом-носителем). По способу образования этой поверхности и диспергации абсорбента, их можно подразделить на четыре основные группы:

1) пленочные; 

2) насадочные;

3) барботажные (тарельчатые);

4) распыливающие или распылительные (брызгальные).

В пленочных  абсорберах поверхностью контакта фаз  является поверхность жидкости, текущей  по твердой, обычно вертикальной стенке. К этому виду аппаратов относятся:

1) трубчатые  абсорберы; 

2) абсорберы  с плоскопараллельной или листовой  насадкой;

3) абсорберы  с восходящим движением пленки  жидкости.

Насадочные  абсорберы представляют собой колонны, заполненные насадкой - твердыми телами различной формы, которая служит для увеличения поверхности контакта соприкасающихся фаз - газа и жидкости.

Многочисленные  типы барботажных абсорберов можно разделить на три основные группы:

- абсорберы  со сплошным барботажным слоем, в которых осуществляется непрерывный контакт между фазами;

- абсорберы  тарельчатого типа со ступенчатым  контактом между фазами, причем  ступени (тарелки) размещены в  одном аппарате;

- абсорберы  с механическим перемешиванием  жидкости.

Барботажные абсорберы тарельчатого типа, имеющие наибольшее применение, выполняют в виде колонн круглого (иногда прямоугольного) сечения, по высоте которых расположены той или иной конструкции та-релки, причем на каждой тарелке осуществляется одна ступень контакта. Таким образом, в рассматриваемых абсорберах происходит ступенчатый контакт с соединением ступеней противотоком: газ поступает в нижнюю часть колонны и выходит сверху; жидкость подводится сверху и выходит снизу. На каждой тарелке, в зависимости от ее конструкции, может осуществляться тот или иной вид движения фаз, обычно перекрестный ток или полное перемешивание жидкости.

В распыливающих абсорберах контакт между фазами достигается распыливанием или разбрызгиванием жидкости в газовом потоке. Эти абсорберы подразделяют на следующие группы:

1) форсуночные  распыливающие абсорберы, в которых жидкость распыляется на капли форсунками;

2) скоростные  прямоточные распыливающие абсорберы, в которых распыление жидкости осуществляется за счет кинетической энергии газового потока;

3) механические  распыливающие абсорберы, в которых жидкость распыляется вращающимися деталями.

По способу  организации массообмена абсорбционные устройства принято делить на аппараты с непрерывным и ступенчатым контактом фаз. К устройствам с непрерывным контактом можно отнести насадочные колонны, распылительные аппараты (полые скрубберы, скрубберы Вентури, ротоклоны и др.), однополочные барботажные и пенные устройства, а к устройствам со ступенчатым контактом - тарельчатые колонны, многополочные барботажные и пенные устройства.

Часть подобных устройств применяются для мокрой пылеочистки. В принципе их можно было бы использовать и для совместного улавливания дисперсных и газовых загрязнителей, однако осуществить это на практике удается редко. Очистные устройства создавались и совершенствовались либо для поглощения газообразных примесей, либо для пыле-, золо- улавливания. Поэтому современные абсорберы для улавливания газообразных примесей не приспособлены для обработки потоков с дисперсными загрязнителями, а высокоэффективные пыле-, золо- уловители, как правило, непригодны для сколько-нибудь существенного извлечения газообразных вредностей. Серийные мокрые пылеуловители могут быть использованы только для предварительной обработки с целью освобождения газового потока от дисперсных примесей перед абсорбционной обработкой. Для абсорбции газовых загрязнителей наиболее часто используются насадочные и тарельчатые колонны.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 Насадочные абсорберы.

 

Насадочные  абсорберы получили наибольшее применение в промышленности. Эти абсорберы (рис. 1) представляют собой колонны, заполненные насадкой - твердыми телами различной формы. В насадочных колоннах обеспечивается лучший контакт обрабатываемых газов с абсорбентом, чем в полых распылителях, благодаря чему интенсифицируется процесс массопереноса и уменьшаются габариты очистных устройств.

 

Рис. 1 Схемы насадочных абсорберов:

а - со сплошным слоем насадки; б - с секционной загрузкой насадки:

1 - корпус; 2 - распределитель жидкости; 3 - насадка; 4 -опорные решетки; 5 - перераспределитель жидкости; 6 - гидравлические затворы; в - эмульга-ционная насадочная колонна: 1 - насадка; 2 - сетка, фиксирующая насадку; 3 - гидравлический затвор; 4 - опорная решетка; 5 - распределитель газа.

 

В насадочной колонне 1 (рис. 1, а, б) насадка 3 укладывается на опорные решетки 4, имеющие отверстия или щели для прохождения газа и стока жидкости, которая достаточно равномерно орошает насадку 3 с помощью распределителя 2 и стекает по поверхности насадочных тел в виде тонкой пленки вниз. Однако равномерное распределение жидкости по всей высоте насадки по сечению колонны обычно не достигается, что объясняется пристеночным эффектом. Вследствие этого жидкость имеет тенденцию растекаться от центральной части колонны к ее стенкам и практически полностью оттесняется от места ввода абсорбента к периферии колонны на расстоянии, равном четырем-пяти ее диаметрам. Поэтому часто насадку в колонну загружают секциями высотой в четыре-пять диаметров (но не более 3…4 метров в каждой секции), а между секциями (слоями насадки) устанавливают перераспределители жидкости 5 (рис. 1, б), назначение которых состоит в направлении жидкости от периферии колонны к ее оси.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Виды насадок.

 

Некоторые распространенные типы насадок показаны на рис.2, а характеристики насадок приведены в табл.1.

абсорбер насадочный колонна массопередача

Рис. 2 Виды насадок:

 

а - насадка  из колец Рашига: 1 - отдельное кольцо; 2 - кольца навалом; 3 - регулярная насадка; б - фасонная насадка: 1 - кольца Палля; 2 - седлообразная насадка «Инталокс»; 3 - кольца с крестообразными перегородками; 4 - керамические блоки; 5 - витые из проволоки насадки; 6 - кольца с внутренними спиралями; 7- пропеллерная насадка; 8 - деревянная хордовая насадка.

 

 

В отдельных  случаях используются коксовая и  кварцевая насадки — в виде кусков дробленого кокса и кварца 458 размером 25—50 мм, загружаемых навалом. Будучи дешевыми и химически стойкими, эти насадки характеризуются  малой удельной поверхностью (20—70 м'/м³) при порозности около 0,4 и большим гидравлическим сопротивлением. Кроме того, кварцевая насадка имеет большую насыпную плотность, а коксовая подвергается дроблению.

 

Таблица 1

 

Широкое применение в промышленности получили в качестве насадки кольца Рашига — тонкостенные цилиндры высотой, равной их наружному диаметру (рис.2, а-2) Они изготовляются из различных металлов, керамики и пластических масс. Кольца с наружными диаметрами от 10 до 50 мм загружаются в колонну навалом, а кольца больших диаметров — правильными рядами, причем кольца смежных рядов сдвинуты друг относительно друга. Такой способ заполнения аппарата насадкой называют загрузкой в укладку, а загруженную таким способом насадку - регулярной. Регулярная насадка имеет ряд преимуществ перед нерегулярной, навалом засыпанной в колонну: обладает меньшим гидравлическим сопротивлением, допускает большие скорости газа. Однако регулярная насадка требует более сложных по устройству оросителей, чем насадка, засыпанная навалом.

Керамические  кольца с диаметрами 10-50 мм имеют  соответственно: толщины стенок ^S = 1,5—5 мм, удельные поверхности f = 440—90 м²/ м^3. Порозность ε0 = 0,7—0,785 и насыпную плотность рн - 700—530 кг/м³. У стальных колец тех же диаметров s = 0,5—1,0 мм, f = 500-110 м²/ м³, ε0 = 0,88-0,95 и рн = 960—430 кг/м³.

Для увеличения удельной поверхности насадки предложены кольца с перегородкой , с крестообразной перегородкой (рис.2, б-3), кольца Палля — с вырезами в стенках и перегородками (рис.2, б-1); будучи сложнее в изготовлении, эти кольца несколько эффективнее благодаря большей удельной поверхности и несколько большей турбулизации встречных потоков газа и жидкости. Но они дороже колец Рашига.

Все более  широкое применение находят керамические седла Берля, с поверхностью в форме гиперболического параболоида и седла «Ииталокс» (рис.2 , б-2) с поверхностью в форме части тора. Имея размеры от 12,5 до 50 мм, седлообразная насадка обладает большей удельной поверхностью, чем керамические кольца Рашига (примерно на 10—30%), при одинаковой порозности и практически равной насыпной плотности. Гидравлическое сопротивление седлообразной насадки несколько ниже, а эффективность существенно выше по сравнению с кольцами Рашига тех же размеров.

Весьма эффективной  является насадка в виде полиэтиленовых розеток Теллера, имеющая удельную поверхность 250 м²/ м³и порозность 0,83. По сравнению с кольцами и седлами размером 25 мм эта насадка обеспечивает более высокий объемный коэффициент массопередачи при более низком гидравлическом сопротивлении.

Очень перспективна металлическая сетчатая насадка  «Спрейпак», изготовляемая из полос толщиной 0,5—1,0 им путем их растягивания в ширину после предварительного нанесения продольных прорезей в шахматном порядке. Получаемые решетки соединяются стержнями в пакеты соответственно форме и размерам абсорбера. Насадка допускает скорости газового потока до 3 м/с при сравнительно низком гидравлическом сопротивлении.

Хордовую насадку (см. рис. 2,б-8) обычно применяют в абсорберах большого диаметра. Она состоит из решеток, образуемых поставленными на ребро досками толщиной 10—15 мм и высотой 100—150 мм. Решетки укладываются друг на друга крест-накрест. Недостатком этой насадки даже при зазоре между досками 10 мм является сравнительно небольшая удельная поверхность (100 м²/ м³) при малой порозности (0,55). Несмотря на простоту ее изготовления, хордовая насадка вследствие небольших удельной поверхности и свободного сечения вытесняется более сложными и дорогостоящими видами фасонных насадок, часть из которых представлена на рис.2. За последние годы стали применяться спиральные насадки, выполненные из металлических лент и проволоки, различные металлические сетчатые насадки, а также насадки из стеклянного волокна.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Список литературы.

 

1. Кафаров В. В., Основы массопередачи, 3 изд., М., 1979 г.
2. Рудобашта С. П., Массоперенос в системах с твердой фазой, М., 1980 г.
3. Шервуд Т. К., Пигфорд Р., Уилки Ч., Массопередача, пер. с англ., М., 1982 г.
4. Плановский А. Н., Николаев П. И., Процессы и аппараты химической и нефтехимической технологии, 3 изд., М., 1987 г.
5. Броунштейн Б. И., Щеголев В. В., Гидродинамика, массо- и теплообмен в колонных аппаратах, Л., 1988 г.
6. Рамм В. М., Абсорбция газов, 2 изд., М., 1976 г.
7. Очистка технологических газов, абсорбция под редакцией Т.А.Семеновой И. Л. Лайтеса, 2 изд., М., 1977 г.
8. Кафаров В.В. - Основы массопередачи, 3-е изд. М.: Высшая школа, 1979 г. 439с.
9. Шервуд Т., Пигфорд Р., Уилки Ч., Массопередача, пер. с англ., М., 1981г.
10. Касаткин А.Г. Основные процессы и аппараты химической технологии. - М: Химия, 1971 г. - 832с.
11. Иоффе И.Л. Проектирование процессов и аппаратов химической технологии: учебник для техникумов. - Л: Химия, 1991 г. - 352с.
12. Александров И.А. Ректификационные и абсорбционные аппараты - М.: Химия, 1978 г. - 277с.
13. Дытнерский Ю.И. Процессы и аппараты химической технологии. - М.: Химия 1995 г. - 368с.
14. Для подготовки данной работы были использованы материалы с сайта http://www.xumuk.ru/