Полые распыливающие абсорберы

На рисунке 6-1 показаны некоторые типы распыливающих абсорберов, выполненных в виде полых колонн (1,2). Газ в них движется обычно снизу вверх, а жидкость подается через расположенные в верхней части колонны распылители с направлением факела распыла сверху вниз (рис 6-1,а) или под некоторым углом к горизонтальной плоскости (рис 6-1,б).
Во многих случаях, особенно при большой высоте колонны, распылители располагают в несколько ярусов. При этом факелы распыла направляют сверху вниз или под углом к горизонтальной плоскости (см. рис 6-1,б) либо снизу вверх (3,4). Применяют также комбинированную установку распылителей часть факелом вверх, а часть - факелом вниз.
На рисунке 6-2 показаны примеры комбинированной установки распылителей. Как показали исследования, наиболее низкий коэффициент массопередачи достигается при расположении по рис. 6-2,а, а наиболее высокий при расположении по рис. 6-2,в. Впрочем, различие в значениях коэффициентов массопередачи не очень велико: при расположении по рис. 6-2,в на 20 % выше чем по рис. 6-2,а, и на 7% выше чем по рис. 6-2,б.

В полом абсорбере, где распылители с направлением факела распыла сверху вниз расположены в один ярус в верхней части аппарата, теоретически осуществляется противоток (при движении газа снизу вверх). Однако вследствие циркуляции и перемешивания газа такие аппараты по характеру контакта газа и жидкости ближе к аппарату с полным перемешиванием газа и эффективная движущая сила в них ниже чем при противотоке.
В многоярусных полых абсорберах (при вводе в распылители каждого яруса свежей жидкости), а так же в абсорберах с направленным вверх факелом распыла противоток отсутствует; однако при этом эффективная движущая сила примерно такая же, как и в противоточных абсорберах с одним ярусом распылителей. В тоже время наличие нескольких ярусов распыления ведет к повышению эффективности аппарата.
В рассмотренных типах полых абсорберов газ распределяется неравномерно, что снижает их эффективность. Предложено несколько конструкций, позволяющих улучшить распределение газа. На рис 6-1,в изображен абсорбер с пережимом в нижней части. Через отверстие в пережиме газ проходит со сравнительно большой скоростью (до 6-10 м/с), что способствует более равномерному распределению его вследствие добавочного сопротивления в пережиме.

Добавочное сопротивление может быть создано также тонким слоем насадки, отделяющим входящую струю газа от основного объема аппарата.
Были попытки избежать неравномерного распределения газа путем тангенциального ввода его в аппарат. Этот принцип использован в циклонном распыливающем абсорбере (циклонный скруббер), показанном на рис 6-3. В этом абсорбере газ движется вверх по винтовой линии, а поглотитель разбрызгивается через расположенные на центральной трубе 1 форсунки 2. Часть поглотителя попадает на стенки и стекает по ним пленкой, однако абсорбция на стенках имеет второстепенное значение по сравнению с абсорбцией каплями поглотителя. Равномерное распределение газа в циклонном скруббере не достигается, так как у стенок он движется со сравнительно большой скоростью (по винтовой линии), а в центре аппарата скорость газа мала.
Поверхность контакта фаз в полом абсорбере пропорциональна плотности орошения, поэтому при низких плотностях орошения эти абсорберы работают неудовлетворительно. Обычно применяют плотности орошения не ниже 10-20 м/ч, используя схему с рециркуляцией жидкости.

Во избежание уноса распыленной жидкости с газом прежде применяли низкие скорости газа (менее 1-1,5 м/с), что приводило к малоэффективной работе абсорбера. В последнее время испытаны и внедрены скоростные полые абсорберы, работающие при скорости газа до 5-5, 5 м/с (и даже выше) с высокими плотностями орошения (30-45 м/ч). Ввиду большого брызгоуноса газ после абсорбера пропускается через выносные циклоны или установленный в корпусе аппарата жалюзийный брызгоотделитель.
Полые распыливающие абсорберы отличаются простотой конструкции и низкой стоимостью они обладают малым гидравлическим сопротивлением и могут применяться при сильнозагрязненных газах. При использовании форсунок соответствующей конструкции полые абсорберы могут работать и в случае загрязненных жидкостей, хотя это вызывает иногда известные затруднения.
Основной недостаток полых абсорберов - невысокая эффективность, обусловленная перемешиванием газа и плохим заполнением объема факелом распыленной жидкости. Кроме того, расход энергии на распыление жидкости довольно высок(0,3-1 кВт*ч на 1 т распыляемой жидкости).
Из-за указанных недостатков полые абсорберы имеют довольно ограниченное применение. Это объясняется еще и тем, что в настоящее время еще не разработаны методы расчета и проектирования полых абсорберов, а влияние факторов на их работу недостаточно выяснено.

Распыление жидкости форсунками. Для распыления жидкости используют в основном механические центробежные и ударные форсунки. В этих форсунках распыление происходит за счет распыления жидкости, подаваемой под избыточным давлением 0,25-0,3 МПа. Устройство форсунок и данные об их работе изложены в специальной литературе.
Из всего многообразия механических форсунок в распыливающих абсорберах обычно используют типы, обеспечивающие надежную работу при распылении загрязненных жидкостей. Такие форсунки дают более грубый распыл, но отсутствие узких каналов и щелей, характерных для форсунок тонкого распыла, обеспечивающих их работу без забивания твердыми включениями.
Распыление происходит под действием центробежной силы (центробежные форсунки), развиваемой при вращении жидкости, вызванном либо ее тангенциальным вводом (рис 6-4,а), либо движением по спиральным каналам (рис 6-4,б). В ударных (отражательных) форсунках распыление происходит или в результате удара струй жидкости о препятствие (рис.6-4,в), или при взаимном ударе двух жидких струй (рис.6-4,г). Описанные типы форсунок дают полый факел, в котором у периферии создается максимальная плотность орошения, а в направлениях к центру она быстро падает почти до нуля.

Для получения сплошного заполненного факела распыла с равномерной плотностью орошения применяют цельнофакельные форсунки. В этих форсунках жидкость делится на два потока: одному потоку сообщается вращательное движение, а другой направляется непосредственно к выходному отверстию. Перед выходом из этого отверстия происходит соударение потоков, приводящее к заполнению центральной области жидкостью.
Форсунки характеризуются производительностью, углом конусности факела распыла, распределением жидкости по сечению и дисперсностью капель.
Угол при вершине конуса, образованного факелом распыла, составляет в зависимости от типа форсунки 55-90 ^oС при длине факела 0,6-1,8 м (1). Для маловязких жидкостей угол конусности факела не зависит от расхода жидкости, а для вязких жидкостей пропорционален расходу и несколько уменьшается с возрастанием вязкости.
При распылении жидкости форсунками получается полидисперсный распыл, состоящий из капель различного диаметра. Распределение капель по диаметру имеет вероятностный характер и описывается кривой распределения, которая строится по опытным данным. Для практических целей обычно пользуются средним объемно-поверхностным диаметром, определяемым по формулам.