Колонные аппараты пленочного типа

В аппаратах пленочного типа газ (пар) и жидкость соприкасаются на поверхности текущей жидкой пленки. Течение пленки происходит по вертикальным поверхностям, представляющим собой трубы или пластины. Известны три типа пленочных аппаратов [3,5,7]

- трубчатые аппараты, в которых пленка стекает по внутренней поверхности вертикальных труб;

-аппараты с листовой (плоско-параллельной) насадкой, в которых пленка стекает по обеим поверхностям вертикальных пластин;

- аппараты с восходящим (обращенным) движением пленки.

Аппараты первых двух типов работают при противотоке газа и жидкости (газ движется снизу вверх навстречу стекающей по поверхности пленке); они могут работать также при нисходящем прямотоке (газ и жидкость движутся сверху вниз). Аппараты третьего типа работают при восходящем прямотоке (газ и жидкость движутся снизу вверх).

Трубчатые аппараты, а также аппараты с восходящим движением пленки могут применяться при одновременном отводе или подводе тепла в процесс; по развиваемой в единице объема поверхности соприкосновения фаз и по интенсивности массопередачи эти аппараты значительно превосходят поверхностные, у которых поверхностью контакта является «зеркало жидкости».

Гидравлическое сопротивление трубчатых аппаратов и аппаратов с листовой насадкой даже при сравнительно больших скоростях газа (4…5 м/с) невелико. Аппараты с восходящим движением пленки, работающие при высоких скоростях газа (свыше 15…20 м/с) — высокоинтенсивные аппараты, но в то же время обладают значительным гидравлическим сопротивлением.

В настоящее время пленочные аппараты применяются сравнительно редко; из них наиболее распространены трубчатые аппараты, используемые для поглощения хорошо растворимых газов (HCI, NH₃) из концентрированных газовых смесей при одновременном отводе тепла.

Перспективными следует считать аппараты с листовой насадкой, а также аппараты с нисходящим и восходящим прямотоком, работающие при высоких скоростях газа.

Трубчатые пленочные аппараты (рисунок 4.1,а) выполняют в виде кожухотрубных (вертикально-оросительных) теплообменников, которые состоят из вертикального пучка труб 1, закрепленных в трубных решетках 2. Жидкость поступает на верхнюю трубную решетку, распределяется по трубам 1 (как показано на рисунке 4.1, узел А) и стекает по их внутренней поверхности в виде пленки. При большом числе труб для равномерного распределения жидкости по трубам применяют специальные распределительные устройства (рисунок 4.2). В межтрубном пространстве аппарата движется охлаждающая жидкость (обычно вода).

1-трубы; 2-трубные решётки; 3-корпус; 4-перегородки; 5-пластины;

6- распределительное устройство

Рисунок 4.1 – Трубчатый аппарат (а) и с плоскопараллельной (листовой) насадкой (б)

Условием нормальной работы трубчатых аппаратов является равномерное распределение орошающей жидкости как между отдельными трубами, так и по периметру каждой трубы. Выполнение этого условия сопряжено со значительными трудностями, особенно при большом числе труб. Жидкость должна подаваться к стенкам труб так, чтобы она вся текла по их внутренней поверхности в виде пленки. Необходимо избегать течения жидкости по сечению трубы в виде струй, капель и т.д.

а – щелевое; б – типа трубы Вентури; в – с зубчатым венцом; г – с пружинной вставкой

Рисунок 4.2 – Устройства для подачи жидкости к стенкам трубы

Аппараты с листовой насадкой (рисунок 4.1, б) представляют собой колонны с насадкой в виде вертикальных пластин 5 (плоско-параллельная насадка) из того или иного твердого материала (металл, дерево, пластические массы) или туго натянутых полотнищ ткани. В верхней части аппарата находятся распределяющие жидкость устройства 6, равномерно орошающие каждую пластину с обеих сторон.

Условиями нормальной работы аппаратов с листовой насадкой являются строго вертикальная установка пластин и равномерное распределение орошающей жидкости. Как и в трубчатых пленочных аппаратах, выполнение последнего условия - довольно трудная задача.

Распределители орошения в аппаратах с листовой насадкой изображены на рисунке 4.3. Стержневой распределитель, показанный на рисунке 4.3,а, состоит из стержней 3, проходящих с небольшим зазором (около 0,5 мм с каждой стороны) через отверстия в плите 2 и опирающихся нижними концами на пластины насадки 1. Жидкость, стекая через зазоры и далее по стержням, поступает на насадку. Стержневой распределитель требует тщательного монтажа, зазоры между стержнями и отверстиями в плите легко забиваются.

Колосниковые распределители (рисунок 4.3,б) состоят из нескольких расположенных крест-накрест друг над другом колосниковых решеток 4. На верхнюю решетку жидкость подается через ниппели 5 (с диаметром отверстия 2…3 мм), закрепленные в плите 2. Для лучшего распределения жидкости пластины колосников рекомендуют обтягивать тканью или мелкой металлической сеткой. Газ выходит через расположенные в плите патрубки 6, сечение этих патрубков должно составлять не менее 40% от площади сечения аппарата. При небольших скоростях газа его можно отводить из аппарата ниже плиты 2.

а – стержневой, б – колосниковый; 1 – пластины насадки, 2 – плита;

3 – стержни, 4 – колосниковые решетки, 5 – ниппели, 6 – патрубки для прохода газа, 7 – зубья питателя

Рисунок 4.3 – Распределители орошения в аппаратах с листовой насадкой

Аппараты с восходящим движением пленкиработают, используя следующее явление. При достаточно высоких скоростях (более 10 м/с)движущийся снизу вверх газ увлекает жидкую пленку в направлении своего движения, осуществляя, таким образом, восходящий прямоток. Процесс в этих аппаратах ведут при больших скоростях газа (до 40 м/с),чем достигаются высокие коэффициенты массопередачи, но одновременно с этим увеличивается их гидравлическое сопротивление. Последнее обстоятельство затрудняет широкое применение этих аппаратов для проведения массо- и теплообменных процессов.

Аппараты с восходящим движением пленки (рисунок 4.4, а,б) состоят из пучка труб 1, закрепленных в трубных решетках 2. Газ проходит через распределительные патрубки 4, расположенные соосно с трубами 1. Жидкость поступает в трубы через щели 5 (см. узел Б). Движущийся с достаточно высокой скоростью газ увлекает жидкую пленку снизу вверх, т. е. аппарат работает в режиме восходящего прямотока. По выходе из труб 1 жидкость сливается на верхнюю трубную решетку и выводится из аппарата. Для снижения брызгоуноса с отходящим газом устанавливаются брызгоотбойники 3. С целью охлаждения жидкости в межтрубное пространство подают охлаждающий агент. Для повышения эффективности процесса применяют многоступенчатые абсорберы подобного типа.

На рисунке 4.4,б показан двухступенчатый пленочный аппарат с восходящим движением жидкости, каждая ступень которого работает по принципу прямотока, в то время как в аппарате в целом газ и жидкость движутся противотоком. Применение многоступен­чатых аппаратов существенно усложняет их конструкцию.

а – одноступенчатый абсорбер; б – двухступенчатый абсорбер;

узел А – схема движения фаз на выходе из труб; узел Б – схема движения фаз на входе в трубы; 1 – трубы; 2 – трубные решетки;

3 – брызгоотбойники; 4 – распределительные патрубки; 5 – щели для подачи абсорбента

Рисунок 4.4 – Пленочные абсорберы с восходящим движением жидкости