7.2.1. Насадочні абсорбери

Насадочні абсорбери одержали найбільше застосування в промисловості. Цими абсорберами (рис. 7.2) є колони, заповнені насадкою − твердими тілами різної форми. У насадочних колонах забезпечується кращий контакт оброблюваних газів з абсорбентом аніж чим в порожнистих розпилювачах, завдяки чому інтенсифікується процес масообміну і зменшуються габарити очисних установок.

Рис. 7.2. Схеми насадочних абсорберів:

а − із суцільним шаром насадки; б − із секційним завантаженням насадки (1 − корпус; 2 − розподільник рідини; 3 − насадка; 4 − опорна решітка; 5 − перерозподілювач рідини; 6 − гідравлічні затвори); в − емульгаційна насадочна колона (1 − насадка; 2 − сітка, що фіксує насадку; 3 − гідравлічний затвор; 4 − опорна решітка; 5 − розподільник газу).

В насадочній колоні 1 (рис. 7.2, а, б) насадка 3 вкладається на опорну решітку 4, що мають отвори або щілини для проходження газу і стоку рідини, яка достатньо рівномірно зрошує насадку 3 за допомогою розподільника 2 і стікає вниз по поверхні тіл насадок у вигляді тонкої плівки. Проте рівномірний розподіл рідини по всій висоті насадки по перетину колони зазвичай не досягається, що пояснюється пристінковим ефектом. Внаслідок цього рідина має тенденцію розтікатися від центральної частини колони до її стінок і практично повністю відтісняється від місця введення абсорбенту до периферії колони на відстань, рівній чотирьом-п’яти її діаметрам. Тому часто насадку в колону завантажують секціями заввишки в чотири-п’ять діаметрів (але не більше 3...4 метрів в кожній секції), а між секціями (шарами насадки) встановлюють перерозподілювачі рідини 5, призначення яких полягає у спрямуванні рідини від периферії колони до її осі.

Будова насадочної колони і розташування її конструктивних елементів зображено на рис. 7.3.

Співвідношення витрат рідини і газу, що надходять в колону, повинно відповідати оптимальному гідравлічному режиму роботи шару насадки.

Гідродинамічний режим в протиточних насадочних колонах полягає у залежності гідравлічного опору зрошуваної насадки від швидкості газу в колоні.

Перший режим − плівковий − спостерігається при невеликій щільності зрошування на малих швидкостях газу. У цьому режимі відсутній вплив газового потоку на швидкість стікання по насадці рідкої плівки і, отже, на кількість затримуваної в насадці рідини. Плівковий режим закінчується перехідною точкою, яка називається точкою підвисання.

Другий режим − режим підвисання (або гальмування). Після точки підвисання підвищення швидкості газу призводить до помітного збільшення сил тертя до рідини на поверхні контакту фаз і пригальмовування рідини газовим потоком. Внаслідок цього швидкість перебігу плівки рідини зменшується, а її товщина і кількість утримуваної рідини в насадці збільшуються. У режимі підвисання з підвищенням швидкості газу порушується спокійний перебіг плівки рідини, з’являються завихорення, бризки, збільшується змочена поверхня насадки і відповідно − інтенсивність процесу масообміну.

Третій режим − режим емульгування. Із значним підвищенням швидкості газу відбувається накопичення рідини у вільному об’ємі насадки до тих пір, поки сила тертя між стікаючою рідиною і газом, що піднімається по колоні, не зрівноважить силу тяжіння рідини, що знаходиться в насадці. При цьому наступає звернення, або інверсія, фаз (рідина стає суцільною фазою, а газ − дисперсною). Утворюється газорідинна дисперсна система, що на вигляд нагадує барботажний шар (піну) або газорідинну емульсію. Режим емульгування починається в найвужчому перетині насадки, щільність засипки якої нерівномірна по перетину колони. Шляхом ретельного регулювання подачі газу режим емульгування може бути встановлений по всій висоті насадки.

Рис. 7.3. Конструкція насадочного абсорбера

Режим емульгування відповідає максимальній ефективності насадочних колон переважно внаслідок збільшення контакту фаз, який в цьому режимі визначається не стільки поверхнею тіл насадок, скільки поверхнею утвореної газорідинної емульсії, яка заповнює весь вільний об’єм насадки. Слід зазначити, що це підвищення ефективності насадочної колони супроводжується різким збільшенням її гідравлічного опору. У насадочних колонах без спеціальних пристроїв підтримувати режим емульгування дуже важко тому, що малий інтервал зміни швидкостей газу, при якому насаджувальна колона працює в цьому режимі. Тому розроблена спеціальна конструкція колони емульгування (див. рис. 7.2, в).

Як правило, робота в режимі підвисання і емульгування доцільна тільки у випадку, якщо підвищення гідравлічного опору апарату не має істотного значення (наприклад, якщо абсорбер працює при підвищених тисках). Тому більшість насадочних адсорберів працюють в плівковому режимі (тобто при швидкостях газу до точки підвисання). Межею стійкої роботи насадочних колон є швидкість газу, яка відповідає точці інверсії (або захлинання).

Четвертий режим − режим виносу, або оберненого руху рідини, що виноситься з апарату газом. Цей режим в техніці не використовується.

Деякі поширені типи насадок показані на рис. 7.4, а характеристики насадок приведені в табл. 7.3.

Рис. 7.4. Форми елементів насадки: