Размещено на http://www.allbest.ru/

Введение

Метод адсорбции основан на физических свойствах некоторых, твердых тел с ультрамикроскопической структурой селективно извлекать и концентрировать на своей поверхности отдельные компоненты из газовой смеси. В пористых телах с капиллярной структурой поверхностное поглощение дополняется капиллярной конденсацией.

Наиболее широко в качестве адсорбента используется активированный уголь.

ГЛАВА 1. ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА МЕТОДА АБСОРБЦИИ

Метод адсорбции основан на физических свойствах некоторых, твердых тел с ультрамикроскопической структурой селективно извлекать и концентрировать на своей поверхности отдельные компоненты из газовой смеси. В пористых телах с капиллярной структурой поверхностное поглощение дополняется капиллярной конденсацией.

Наиболее широко в качестве адсорбента используется активированный уголь. Он применяется для очистки газов от органических паров, удаления неприятных запахов и газообразных примесей, содержащихся в незначительных количествах в промышленных выбросах, а также летучих растворителей и целого ряда других газов. В качестве адсорбентов применяются также простые и комплексные оксиды (активированный глинозем, силикагель, активированный оксид алюминия, синтетические цеолиты или молекулярные сита), которые обладают большей селективной способностью, чем активированные угли. Однако они не могут использоваться для очистки очень влажных газов. Некоторые адсорбенты иногда пропитываются соответствующими реактивами, повышающими эффективность адсорбции, так как на поверхности адсорбента происходит хемосорбция. В качестве таких реактивов могут быть использованы растворы, которые за счет химических реакций превращают вредную примесь в безвредную.

Одним из основных параметров при выборе адсорбента является адсорбционная способность по извлекаемому компоненту. Адсорбционная способность а или масса вещества, поглощенная единицей массы адсорбента в произвольный момент времени, зависит от концентрации адсорбируемого вещества (парциального давления р, Па) у поверхности адсорбента, общей площади этой поверхности, физических, химических и электрических свойств адсорбируемого вещества и адсорбента, температурных условий и присутствия других примесей.

В качестве характеристики адсорбционных свойств пористых тел используют зависимость адсорбционной способности от парциального давления поглощаемого газового компонента при постоянной температуре (изотерма адсорбции)

?=? (p) при Т=const

Во всех случаях адсорбционная способность сорбента возрастает при повышении давлений адсорбата, но характер этого роста различен. Выпуклая изотерма 1 специфична для адсорбции на мелкодисперсных сорбентах, применяемых для очистки газовой смеси при малом парциальном давлении извлекаемых примесей и для осушки. Изотерма 2 типична для непористых адсорбентов при полимолекулярной физической адсорбции. Изотерма 3 наблюдается на адсорбентах с развитой системой крупных и средних пор. Эти сорбенты целесообразно применять для извлечения летучих газов при парциальном давлении, близком к давлению насыщения.

В основе инженерно-технического расчета адсорбционного метода очистки должна находиться сетка кривых, отражающая равновесие поглощаемого компонента с адсорбентом, т. е. сетка изотерм адсорбции. На рис. 35 представлены изотермы адсорбции SO2 на активированном угле СКТ в диапазоне температур от 20 до 150° С. Как видно, с увеличением температуры происходит снижение адсорбционной способности активированного угля. На этом свойстве адсорбентов основан процесс их регенерации. Регенерацию осуществляют либо нагревом насыщенного адсорбента до температуры, превышающей рабочую, либо продувкой его паром или горячим газом.

Конструктивно адсорберы выполняются в виде вертикальных, горизонтальных либо кольцевых емкостей, заполненных пористым адсорбентом, через который фильтруется поток очищаемого газа. Выбор конструкции определяется скоростью газовой смеси, размером частиц адсорбента, требуемой степенью очистки и рядом других факторов. Вертикальные адсорберы, как правило, находят применение при небольших объемах очищаемого газа; горизонтальные и кольцевые - при высокой производительности, достигающей десятков и сотен тысяч м3/ч.

Фильтрация газа происходит через неподвижный (адсорберы периодического действия) или движущийся слой адсорбента. Наибольшее распространение получили адсорберы периодического действия, в которых период контактирования очищаемого газа с твердым адсорбентом чередуется с периодом регенерации адсорбента.

Установки периодического действия (с неподвижным слоем адсорбента) отличаются конструктивной простотой, но имеют низкие допускаемые скорости газового потока и, следовательно, повышенную металлоемкость и громоздкость. Процесс очистки в таких аппаратах носит периодический характер, т. е. отработанный, потерявший активность поглотитель время от времени заменяют либо регенерируют. Существенным недостатком таких аппаратов являются большие энергетические затраты, связанные с преодолением гидравлического сопротивления слоя адсорбента.

Движение адсорбента в плотном слое под действием силы тяжести или в восходящем потоке очищаемого воздуха обеспечивает непрерывность работы установки. Такие методы позволяют более полно, чем при проведении процесса с неподвижным слоем адсорбента, использовать адсорбционную способность сорбента, организовать процесс десорбции, а также упростить условия эксплуатации оборудования. В качестве недостатка этих методов следует отметить значительные потери адсорбента за счет ударов частиц друг о друга и истирания о стенки аппарата.

Глава 2. АБСОРБЕРЫ

Основное требование, предъявляемое к конструкции устройства для проведения абсорбционных процессов, -- создание развитой поверхности контакта фаз. По способу образования такой поверхности аппарата для проведения процессов абсорбции условно подразделяют на следующие группы:

поверхностные, в которых контакт фаз происходит на зеркале жидкости, поверхности жидкой пленки, стекающей по каналам различной формы (пленочные), элементам насадки (на-садочные) или образующейся на элементах движущихся частей (механические);

барботажные, в которых контакт происходит на поверхности пузырьков и струй, возникающих при пропускании газа через слой жидкости в аппарате, на тарелке, в затопленной насадке либо в пространстве с перемешивающими устройствами (соответственно барботажные, тарельчатые, с подвижной насадкой, механические);

распыливающне, в которых контакт происходит на поверхности капель распыляемой жидкости (полые, скоростные прямоточные, механические).

Указанную классификацию нельзя понимать буквально, поскольку постоянное совершенствование конструкций абсорберов связано не только с улучшением характеристики какого-либо одного способа организации контакта фаз, но и подчас всей их совокупности.

На рис. 1представлены пленочные абсорберы: трубчатый противоточный и с восходящим движением пленки.

Аппараты просты по устройству, однако в них очень трудно организовать равномерное распределение жидкости по сечению труб, в силу чего эффективность их невелика за исключением прямоточного абсорбера, в котором за счет больших скоростей газа (40 м/с и более) можно достичь высоких значений массопередачи.

абсорбция газ аппарат



Размещено на http://www.allbest.ru/

В последние годы на базе описанных конструкций удалось создать высокоэффективные абсорберы, сочетающие прямоток или противоток с закручиваний ем газожидкостного потока. На рис. 4.2 показан фрагмент такого высокоскоростного аппарата с контактными трубчатыми элементами.

Ступень контакта состоит из параллельно действующих трубчатых элементов / с многолопастными винтовыми осевыми завихрителями 4. Восходящий газовый поток поступает в контактную зону, захватывает жидкость, вытекающую из распылителя 2, проходит зону распыления 3 и поступает в осевой завихритель 4, Далее поток проходит пленочную зону 5, из которой жидкость через сепарационный зазор отбрасывается к стенкам сепарационного патрубка и стекает вниз, а газ переходит на вышерасположенную ступень.

Таким образом, массообмен газа и жидкости осуществляется на трех участках (распыления, закручивания и пленочном), что позволяет увеличить эффективность массопереноса в 1,5-- 2 и более раза и улучшить условия сепарации брызг. По такому принципу созданы контактные элементы в виде патрубков с завихрителями, контактной камеры с розеткой-завихрителем, а также двумя зонами контакта фаз на тарелке и т. д. [34].

Насадочные абсорберы представляют собой колонные аппараты, заполненные насадочными телами самой разнообразной конфигурации.

В зависимости от расхода газа аппараты могут работать в пленочном режиме (режиме подвисания) и в режиме эмульгирования. Скорость газа в абсорберах с неподвижным слоем насадки, как правило, не превышает 1 м/с.

Насадочные абсорберы просты по устройству, однако при эксплуатации существуют проблемы, связанные с равномерным смачиванием насадки, отводом тепла из слоя и абсорбцией запыленных газов и т. д. Эти и другие недостатки насадочных абсорберов можно компенсировать продольным секционированием, чередованием насадочных зон с барботажными тарелками по высоте аппарата, псевдоожижением насадки и другими приемами; некоторые из них будут рассмотрены ниже.

Определяющей стадией при расчете и проектировании насадочных абсорберов является выбор насадки, который зависит от условий проведения очистки газов. Так, при абсорбции хорошо растворимых газов, когда применимы большие скорости движения потока, целесообразно использовать более крупные насадки, и, наоборот, при работе под небольшим давлением (близким к атмосферному) для минимизации потерь давления более оправданно применение регулярной насадки и т.д. Количественные обоснования подобных рекомендаций достаточно.

Оптимальная скорость газов в аппарате зависит от массооб-менных и физико-химических параметров процесса. В частности, при хорошей растворимости газа или повышенных давлениях скорость газа может составлять 0,75--0,8 от скорости захлебывания в аппарате. При таком режиме работы значительно сокращаются необходимый рабочий объем аппарата и соответствующие расходы, однако увеличение давления повышает стоимость процесса. В подобных случаях целесообразно провести вариантные расчеты или решить оптимизационную задачу. В частности, можно найти оптимальную скорость газа, при которой суммарные затраты (на амортизацию оборудования и электроэнергию) минимальны [30].

Математическая модель процесса очистки газа в насадочном абсорбере при давлении, близком к атмосферному, представляет собой систему уравнений;

Основной конструктивный элемент аппарата -- контактная тарелка -- отличается чрезвычайным разнообразием исполнения. На рис. 4.4 показаны тарелки, получившие наибольшее распространение в химической технологии.

Более подробные данные о конструкциях тарелок, гидродинамических параметрах работы и особенностях массопереноса в барботажных абсорберах содержатся в работах [6, 30, 54].

В зависимости от условий проведения процесса очистки газов применяют различные схемы взаимодействия фаз в БТА: прямоток, перекрестное движение и противоток, причем последний встречается чаще всего.

Анализ данных по эксплуатации тарельчатых абсорберов позволил выявить группу основных параметров, которые используют в качестве критериев при выборе конструкции тарелки.

Аппаратурное оформление процесса очистки в БТА кроме выбора тарелок, предусматривает расчет числа тарелок, расстояния между ними, выбор скорости газа на тарелке, определение основных размеров тарелок.

Число тарелок определяют аналитическим или графическим методом с использованием кинетических характеристик процесса, изложенных в разд. 2.1 (число единиц переноса, движущая сила процесса и т. д.). Расстояние между тарелками выбирают конструктивно из расчета достаточности необходимого межтарельчатого сепарационного пространства и минимального расхода материала. Можно руководствоваться следующим ориентировочным соотношением между диаметром аппарата (D) и высотой (Я)

Дм <0,8 0,8--1,5 1,6--2 2--2,4 >2,4

И, м 0,2--0,35 0,35--0,4 0,4--0,5 0,5--0,6 >0,6

Скорость газа в тарельчатом абсорбере выбирают, исходя из необходимости создания на тарелках устойчивого рабочего режима, однако предпочтительна максимальная скорость, при которой снижаются затраты на очистку газа. Оптимальную скорость в аппарате [30] определяют с помощью экономико-математической оптимизации, алгоритм которой Основные размеры тарелки (и соответственно диаметр колонны) рассчитывают по скорости газа (w_max), отнесенной к полной площади поперечного сечения аппарата. Затем определяют долю свободного сечения ласть устойчивой работы тарелки [30, 56].

В последние годы среди барботажных абсорберов появились интенсифицированные аппараты: пенные аппараты новых конструкций (ПАСС), а также высокоэффективные аппараты с подвижной насадкой (ПН).

В абсорберах ПАСС -- аппаратах со стабилизатором (рис. 4.5) значительно увеличиваются скорость газов (4 м/с и более) и интенсивность массообмена в аппарате (в 1,5--2 раза).

По сравнению с абсорберами с неподвижной насадкой, применяемыми, например, в производстве серной кислоты, абсорберы ПАСС позволяют увеличить линейные расходы газа в 3 раза, уменьшить расход подаваемой на орошение жидкости в 6 раз, повысить коэффициент теплопередачи в 10 раз.

На рис. 4.6 изображены аппараты с подвижной насадкой, которые, как показали государственные испытания, весьма эффективны в процессах очистки газов больших объемов (до 1 млн. м³/ч).

При взаимодействии газожидкостных потоков в слое подвижных тел создаются исключительно благоприятные условия для турбулизации в трехфазной системе (степень турбулизации в 10--15 раз выше по сравнению с барботажными аппаратами обычных конструкций) [57].

Это дает возможность проводить процесс очистки при скорости газов 4,0--4,5 м/с (с каплеулови-телем 7--8 м/с) в противоточных конструкциях и при 2-- 20 м/с -- в прямоточных модификациях аппаратов с регулярной подвижной насадкой (РПН). Опыт эксплуатации газоочистителей ПН в фосфорной промышленности, на заводах по производству минеральных удобрений и в других отраслях

ОдноПолочный аппарат ВН (рис. 4.6, я) состоит из цилиндрического (прямоугольного) корпуса, снабженного коническим днищем и крышкой, патрубками для ввода и вывода газа, а также штуцерами для подачи орошающей жидкости и слива шлама. Внутри аппарата установлена опорно-распределительная решетка, на которой размещена подвижная насадка. Над слоем насадки закрепляют ороситель и каплеуловитель.

Абсорбер работает следующим образом.

Подлежащий очистке газ поступает через патрубок в нижней части аппарата, проходит через отверстия опорно-распределительной решетки, на которую одновременно через ороситель подают орошающую жидкость. Под действием динамического напора газа слой насадки приходит во взвешенное состояние и на опорно-распределительной решетке образуется сильно тур-булизовапнын газожидкостный слой, в котором происходит интенсивный процесс массообмена. Уносимая жидкость отделяется в каплеуловителе, а очищенный газ удаляется через патрубок в верхней части аппарата. Отработанная жидкость отводится через штуцер в нижней части аппарата.

Аппараты ВН наиболее распространены и от противоточных абсорберов ПН других классов отличаются тем, что элементы насадки, находясь во взвешенном состоянии, совершают хаотичные и пульсационные движения. В объеме газожидкостного слоя направление движения и длина пути пробега каждого элемента насадки носят равновероятный и случайный характер. Наряду с общеизвестными и наиболее изученными аппаратами ВН созданы их конструктивные разновидности, в которых с помощью продольно-поперечного секционирования улучшена однородность взвешивания и структура газожидкостного слоя.

В абсорберах с подвижной насадкой наряду с плоскими применяют и другие виды тарелок (опорно-распределительных решеток), например волнообразные, гофрированные и т. д. Одна из подобных конструкций -- тарелка в форме усеченного конуса. В такой тарелке перфорирована только часть поверхности, чаще всего нижнее основание конуса. Из-за сужения сечения тарелки скорость истечения газа через нее намного выше, чем в обычных решетках, в силу чего происходит фонтанирование насадки над перфорированной частью тарелки. У неперфо-рнрованной периферийной области тарелки слой насадки скатывается вниз по наклонной поверхности конуса. Таким образом, в центре аппарата наблюдается восходящее фонтанирующее движение элементов насадки, а у стенок---нисходящее.

В аппаратах ФН (рис. 4.6, б) вместо конусной тарелки можно применять зигзагообразную тарелку. Принцип работы абсорбера ФН аналогичен.

Аппарат ЦН (рис. 4.6, а) состоит из корпуса, выполненного в виде двух коаксиально расположенных камер. В первой камере, предназначенной для удержания жидкости, предусмотрены штуцеры для ввода жидкости и вывода шлама. Во второй камере имеется опорно-распределительная решетка, над которой расположена циркуляционная трубка с патрубком для вывода очищенного газа. Газ и жидкость поступают в первую камеру через патрубки.

Подлежащий очистке газ подают через патрубок в первой камере в полость, расположенную над слоем жидкости и образованную стенками первой и второй камер (кольцевое пространство). Равномерно распределенный газовый поток проходит через щель между нижней кромкой второй камеры и зеркалом жидкости, при этом интенсивно эжектирует последнюю и выносит через отверстия решетки в слой насадки. Слой насадки приходит в псевдоожнженное состояние, и в контактной зоне образуется трехфазная турбулизованная система газ -- жидкость-- подвижная насадка. По мере расширения псевдоожи-женного слоя насадка поднимается в верхнюю часть второй камеры, где газовый поток изменяет свое направление, элементы насадки по инерции движутся в циркуляционную трубу,а очищенный газ выходит из аппарата через верхний патрубок. Элементы насадки и захваченная жидкость под действием инерции и силы тяжести опускаются по трубе вниз на решетку, и процесс циркуляции продолжается.

В отличие от аппаратов ПН, в абсорбере с циркулирующей и вращающейся насадкой (ЦН) циркулирующее или вращательное движение осуществляется организованно с помощью дополнительных трактов (зон) и специальных приспособлений.

Аппараты ЦН изготавливают как с внутренними (в корпусе аппарата), так и с наружными циркуляционными (транспортными) трактами.

В абсорберах с вращающейся насадкой вращение осуществляется различными способами в рабочей зоне аппарата. Один способ -- использование предварительно закрученного потока газа с помощью направленных сопел решетки. В других случаях применяют тороиды, различные типы верхних ограничительных решеток, отражателей в виде сферы и т. д.

Аппарат РПН (рис. 4.6,г) работает следующим образом. Под действием напора газов, поступающих через нижний патрубок, гибкие струны с нанизанными на них элементами насадки совершают колебательное движение. При этом в рабочем пространстве над распределительной решеткой образуется газожидкостный слой, в котором происходит интенсивный мас-сообмен.

Аппараты РПН подразделяют на два подкласса: конструкции со свободно насаженной на жестких струнах РПН и конструкции с гибкими струнами с жестко закрепленной РПН.

В абсорберах первого подкласса струны натянуты между стенками корпуса или решетками, насадка перемещается только по струне, пробег каждого элемента насадки по струне ограничен.

В абсорберах второго подкласса гибкие струны с жестко закрепленной РПН консольно крепят с одной стороны, например в крепежной решетке, а другой конец свободно пропускают через отверстия распределительной решетки. Упругость и гибкость струи позволяют элементам насадки совершать под действием пульсаций потоков поперечные и продольные колебания.

Комбинированные аппараты КН (рис. 4.6, д) представляют собой по конструкции абсорберы, сочетающие преимущества газоочистителей ВН и газоочистных устройств других типов. Наиболее часто встречаются комбинированные аппараты инерционного, ударного действия с несекционированным аппаратом ВН и сочетание аппаратов ФН с газоочистителями скоростного типа (полый скруббер, скруббер Вентури и т. д.).

Наиболее известный газоочиститель этого класса -- аппарат с инерционно-турбулентной подвижной насадкой (ИТПН).

Исследования [57] показали, что конструктивные особенности различных классов газоочистителей ВН влияют на гидродинамический режим в аппаратах. Так, для газоочистителей ВН и ИТПН характерны режимы стационарного состояния насадки (скорость газа до 1,5--2,0 м/с, начального взвешивания (выше 1,5 м/с) и полного взвешивания (2,5--4,5 м/с). Гидродинамические режимы в аппаратах ФН такие же, однако скоростные пределы режимов несколько ниже. Абсорберам РПН присущи режимы: пленочный (скорость газа до 1,5 м/с), переходный (более 1,5 м/с) и развитой турбулентности. Наиболее выраженные гидродинамические режимы аппаратов ЦН -- начальная п развитая циркуляция. Расчет гидродинамических характеристик абсорберов ВН (гидравлическое сопротивление, динамическая высота и газосодержание газожидкостного слоя, количество удерживаемой жидкости на решетке, динамический уровень жидкости и т. д.) содержится в [57].

При расчете эффективности массообмена в жидкой фазе в аппаратах ПН учитывают, что закономерности массоотдачи в капле и пленке жидкости различны. Выведены соответствующие эмпирические зависимости [57] для расчета массообмена в каждой из них.

Для расчета эффективности абсорберов используют выражение

p_rs=r_Pln(C_H/C_K), (4.8)

из которого определяют конечную концентрацию С_к при известном содержании С„ адсорбируемого газа. Степень абсорбции

ц_а = [(С„-С_к)/С_и]Ю0%. (4.9)

Для создания оптимальных условий газоочистки в системах, использующих абсорберы ВН, выработан ряд рекомендаций по выбору наиболее приемлемых в каждом случае конструктивных и режимных параметров газоочистителей.

Выбор скорости газа. Скорость выбирают, исходя из создания устойчивой и эффективной работы аппарата, т. е. в пределах 3,0--4,0 м/с для конструкций ВН, ИТПН и РПН; 1,5-- 4,0 м/с для конструкции ФН и 3,0--7,0 м/с для конструкции ЦН. При скорости газа выше 4,5 м/с во всех аппаратах рекомендуется устанавливать центробежные каплеуловители, разработанные Запорожским филиалом НИИОГаза (см. разд. 5.7). Скорость газа во входном патрубке аппаратов ИТПН и ЦН должна составлять 14--18 м/с, что обеспечивает интенсивную эжекцию жидкости в слой насадки.

Выбор расхода жидкости (плотности орошения или удельного орошения). Плотность орошения определяют из материального баланса процесса и с учетом растворимости газа. При этом для абсорбции хорошо и среднерастворимых газов плотность орошения L--10--25 м³/(м²-ч). Для плохо растворимых газов чем выше значение L, тем интенсивнее проходит процесс очистки, однако L не должно превышать 100 м³/(м²-ч).

Выбор исходного уровня жидкости. Эта величина сильно влияет на рабочий режим и эффективность процессов абсорбции е аппаратах ИТПН и ЦН. Рекомендуется принимать Л₀ в пределах 0,2 м, поскольку дальнейшее увеличение уровня приводит к резкому росту энергозатрат.

Выбор опорно-распределительной и крепежной решеток.

Преимущество отдают решеткам щелевого и дырчатого типа. Свободное сечение решеток в аппаратах ВН, ФН и РПН должно составлять 0,4--0,6 м^й/м^э, причем большие значения принимают для процессов очистки, сопровождающихся образованием взвесей и осадков. Поскольку в аппаратах ИТПН и ЦН решетка служит в основном для поддержания насадки, то н свободное сечение необходимо принимать максимально возможным (0,85--0,95 м²/м²), что позволяет снизить гидравлическое сопротивление узла эжекции. Ширина щелей в решетке 5--8 мм, а диаметр отверстий, как правило, не превышает ³Д от диаметра насадки. В абсорбере РПН возможно применение крупнодырчатой решетки (do^60 мм), причем свободное сечение не должно превышать 0,35 м²/м^а.

Выбор насадки, В качестве насадочного элемента чаще всего используют шаровую насадку из пористой резины (ТУ-38105.1307--79). Диаметр насадки 0,04 м, плотность 650 кг/м³. Статическая высота слоя насадки Я_ст, обеспечивающая значительную эффективность очистки, составляет 0,2 м. В аппаратах диаметром более 2 м для предотвращения возможности факельных прорывов газа рекомендуется увеличивать Нет до 0,3--0,4 м. Рабочая высота слоя насадки в аппарате РПН прн абсорбции хорошо растворимых газов около 1,0 м, а при абсорбции плохо растворимых газов она увеличивается до 1,5--2,0 м.

Выбор оросителя. Для подачи жидкости наиболее предпочтительны оросители распыливающего типа, работающие при низком давлении, например щелевые.

Выбор каплеуловителя. Он определяется рядом факторов: допустимым остаточным содержанием капельной влаги в газах на выходе из аппарата, гидравлическим сопротивлением и т. д. Хорошо зарекомендовали себя центробежные лопастные каплеуловители.

В настоящее время абсорберы ВН нормализованы, и ставится вопрос о включении их серийного изготовления в госзаказ предприятиям химического машиностроения СССР.

Конструкции распылпвающих абсорберов различаются в основном способом распыления жидкости, которое происходит за счет энергии жидкости в полых (форсуночных) абсорберах, энергии газа в скоростных прямоточных распиливающих аппаратах и подводимой извне механической энергии в механических распылпвающих газоочистителях.

ГЛАВА 3. ОСОБЕННОСТИ УСТРОЙСТВА СОВРЕМЕННЫХ АБСОРБЕРОВ

Несколько насосов распространяют жидкий раствор через форсунки. В некоторых случаях каждое рабочее колесо насоса вращает собственный двигатель. Как было сказано ранее, один насос распыляет жидкий хладагент по трубам с охлажденной водой. А другой распыляет насыщенный раствор по трубам передачи теплоты и через пар хладагента, чтобы улучшить поглощение. Третий насос собирает слабый раствор в основании абсорбера и подает его в генератор.

Комбинации хладагента и абсорбента Хладагент и абсорбент, используемые в абсорбере, должны иметь некоторые характеристики, чтобы работать эффективно. Далее описаны некоторые из них.

1. Обе жидкости должны быть безопасные, устойчивые и некоррозионные, отдельно и в растворе.

2. Абсорбент должен хорошо смешиваться с паром хладагента.

3. Эти две жидкости должны быть взаимно растворимы.

4. В идеале у абсорбента должна быть низкая изменчивость, чтобы пар хладагента уносил мало абсорбента.

5. У хладагента должно быть высокое значение скрытой теплоты для поддержания разумного расхода потока хладагента.

6. Рабочие давления жидкостей должны быть низкими, предпочтительно около атмосферного. В результате меньше оборудования и утечек.

В настоящее время существует три комбинации. Наиболее старый раствор -- это аммиак и вода. В этих системах аммиак -- хладагент, а вода -- абсорбент. Другая комбинация -- вода и литиевый бромид. В этих системах вода -- хладагент, а литий бромид -- абсорбент. Обе комбинации все еще применяются. Аммиачная вода и раствор бромистого лития используются в больших водяных системах, а аммиачные смеси используются в маленьких бытовых холодильниках. Относительные преимущества и недостатки этих систем обсуждаются в следующих разделах.

Струйные абсорберы для очистки газа

Вихревые установки абсорбции газа

В нефтеперерабатывающей промышленности процессы абсорбции применяются главным образом для извлечения ценных компонентов из газовых смесей или для очистки этих смесей от вредных примесей. Сочетание абсорбции с регенерацией поглотительного раствора позволяет многократно применять поглотитель и выделять поглощенный компонент в чистом виде.

Основным видом оборудования в этом процессе является колонная аппаратура для массообмена жидких и газожидкостных систем, которые работают обычно в режиме встречного движения взаимодействующих потоков жидкостей и газов (паров). Встречное движение взаимодействующих потоков в аппарате обычно не соответствует идеальной схеме противотока. Отклонение от идеального противотока ведет к уменьшению движущей силы процесса обмена или химического превращения и соответствующему понижению эффективности массообменных аппаратов.

Интенсификация процессов путем увеличения движущей силы, как правило, ведет к дополнительным материальным затратам, но не всегда есть возможность достичь желаемых результатов, например, для снижения температуры в процессе абсорбции требуется дополнительное массообменное оборудование. Поэтому увеличение движущей силы процесса абсорбции дает реальный путь к интенсификации технологических процессов.

Одним из недостатков существующих колонных аппаратов в процессе очистки газов является их большая металлоемкость и высокие энергозатраты по их обслуживанию.

Использование волновых воздействий позволяет повысить эффективность массообмена в химико-технологических процессах при использовании компактных малогабаритных аппаратов, энергия потока жидкости в которых бывает достаточной для создания эффективного кавитационно-вихревого режима. Учитывая, что в последние годы стоимость энергии резко возрастает, разработка более экономичных конструкций и перспективных технологий на принципах кавитационно-вихревых воздействий является актуальной.

Анализ показал, что наиболее эффективными аппаратами для очистки газов, а так же регенерации отработанного поглотительного раствора являются аппараты, работающие на принципах кавитационно-вихревых эффектов. На основе данных эффектов разработан ряд аппаратов для мокрой очистки газов.

Установка мокрой очистки газовых выбросов от аэрозольных примесей предназначена для очистки отходящих газовых (воздушных) выбросов от мелкодисперсных частиц различных отраслей промышленности с целью предотвращения загрязнения воздушного бассейна.

Рекомендуется для повышения надежности работы установок и облегчения утилизации уловленного аэрозоля использовать данные установки на финишной очистке газа.

Работа установки возможна как под разряжением, так и под нагнетанием. В зависимости от производственных условий в аппаратах используется восходящий или нисходящий режим работы.

Основным составляющим элементом установки является вихревой аппарат аэрозольной очистки (см. рисунок 1). Работа аппарата основана на улове частиц аэрозоля каплями орошающей жидкости в поле действия центробежных сил (аппараты мокрой очистки).

Основным рабочим узлом аппарата является вихревое контактное устройство (ВКУ), в котором используются все основные механизмы улова аэрозольных частиц - инерционный, гидродинамический и диффузионный, что позволяет добиться высокой степени очистки.

Принцип действия ВКУ основан на многократном дроблении капель орошающей жидкости на контактных элементах в центробежном поле и тем самым постоянном обновлении поверхности контакта фаз, что значительно повышает эффективность взаимодействия потока очищаемого газа и капель жидкости.

Установка очистки газовых выбросов от аэрозольных примесей СВН (нисходящий поток фаз)

Установки очистки газовых выбросов от аэрозольных примесей типа СВН на основе аппарата с нисходящим потоком фаз отличаются низким гидравлическим сопротивлением, простотой устройства и обслуживания в работе, позволяют очищать газы с высоким содержанием аэрозольных примесей и высокой начальной температурой газа.

Устройство аппарата и принцип его работы

1 - верхняя часть;

2 - нижняя часть;

3 - ВКУ;

4 - тарелка;

5 - патрубок подвода газа;

6 - патрубок отвода газа;

7 - патрубок подвода жидкости;

8 - патрубок слива суспензии;

9 - оросительное устройство

Аппарат работает следующим образом. Поток газа с аэрозольными примесями поступает через тангенциальный патрубок подвода газа 5 в верхнюю часть аппарата 2, где приобретает вращательное движение. Жидкость в аппарат подается через оросительное устройство 9. Закрученный газовый поток поступает в ВКУ 3, где происходит контакт с жидкостью и осуществляется основной процесс улова аэрозольных частиц.

При выходе из ВКУ газовый поток сепарируется в поле действия центробежных сил. Очищенный газовый поток, через патрубок 6 отводится из аппарата на дополнительную сепарацию или в атмосферу в зависимости от выбранной схемы. Жидкость с уловленной аэрозолью стекает по стенкам нижней части аппарат 2 и отводится через патрубок 8. (Некоторые элементы конструкции не показаны).

Сепаратор, дополнительно поставляемый с аппаратом, позволяет снизить концентрацию аэрозольных примесей и капельной жидкости в отходящих газах для достижения высоких требований к качеству очистки воздуха. Емкость-отстойник позволяет вернуть используемую жидкость в оборот.

Основные технические характеристики:*

параметры	СВН 6000	СВН 12000	СВН 17000
Объем очищаемых газов, нм3/ч	4000-6000	8000-12000	13000-17000
Эффективность очистки газов, %, не менее	98
Габаритные размеры аппарата: Высота мм, не более Диаметр мм, не более	2200 800	3100 1150	4200 1400
Масса аппарата, кг	390	580	900
Температура газов на входе в установку, °С	5-250
Концентрация аэрозоля в газе на входе в установку, г/м3, не более	100
Концентрация аэрозоля в газе на выходе из установки, г/м3, для частиц d 50 =20 мкм, не более	0,2
Гидравлическое сопротивления аппарата, Па, не более	1300
Вид климатического исполнения по ГОСТ 15150-69	УХЛ-4

* некоторые характеристики аппаратов могут изменяться в зависимости от особенностей различных производств

Установка очистки газовых выбросов от аэрозольных примесей СВВ (восходящий поток фаз)

Установки очистки газовых выбросов от аэрозольных примесей типа СВВ на основе аппарата с восходящим потоком фаз отличаются компактностью, возможностью достижения высокой степени очистки газов от аэрозоля, отсутствием насоса оборотной воды.

Устройство аппарата и принцип его работы

1 - Верхняя сепарационная часть;

2 - Нижняя емкостная часть;

3 - ВКУ;

4 - Тарелка;

5 - Патрубок подвода газа;

6 - Патрубок отвода газа;

7 - Патрубок подвода жидкости;

8 - Патрубок перетока жидкости;

9 - Патрубок слива суспензии;

10 - Патрубок контроля уровня жидкости;

11, 12, 13 - Краны.

Аппарат работает следующим образом. Поток газа с аэрозольными примесями поступает через тангенциальный патрубок подвода газа 5 в нижнюю емкостную часть 2, в область между тарелкой 4 и зеркалом жидкости, приобретает вращательное движение и поступает в ВКУ 3, где получает дополнительную крутку. В ВКУ 3 происходит контакт с жидкостью и осуществляется основной процесс улова аэрозоля. При выходе из ВКУ газовый поток сепарируется в поле действия центробежных сил и через патрубок 6 отводится из аппарата. Жидкость с уловленной аэрозолью с тарелки 4 через патрубок перетока жидкости 8 поступает в емкостную часть для отстаивания и дальнейшего взаимодействия. Уловленная аэрозоль накапливается в нижней емкостной части 2 и периодически удаляется из аппарата через патрубок 9. Компенсация потери жидкости осуществляется через патрубок 7, контроль уровня жидкости в аппарате осуществляется при помощи патрубка 10. (Некоторые элементы конструкции не показаны).

Основные технические характеристики*:

Параметры	СВВ - 2500	СВВ - 6000
Объем очищаемых газов, нм3/ч	1500-2500	4000-6000
Эффективность очистки газов, %, не менее	99
Габаритные размеры аппарата: Высота, мм, не более Диаметр корпуса, мм, не более	1600 500	1800 700
Масса аппарата, кг	70	95
Масса в рабочем состоянии, кг	180	240
Вентилятор, тип	ВРП 100-45 № 3,15	ВРП 100-45 № 4
Потребляемая мощность, кВт, не более	3	5,5
Температура газов на входе в установку, °С	5-100
Концентрация аэрозоля в газе на входе в установку, г/м3, не более	10
Концентрация аэрозоля в газе на выходе из установки, г/м3, для частиц d 50 =20 мкм, не более	0,1
Гидравлическое сопротивления аппарата, Па, не более	1500
Периодичность извлечения шлама при непрерывной работе, ч, не менее	8
Вид климатического исполнения по ГОСТ 15150-69	УХЛ-4

*Некоторые характеристики аппаратов могут изменяться в зависимости от особенностей различных производств

Модели установок для очистки газов

Модель установки СВН 17000

Модель установки С ВВ - 6000

ГЛАВА 4. ТРЕБОВАНИЯ БЕЗОПАСНОСТИ К АБСОРБЕРАМ

абсорбция газ аппарат

Каждый абсорбер, используемый автономно или в составе технологического комплекса, укомплектовывают эксплуатационными документами (ЭД), содержащими требования (правила), предотвращающие возникновение опасных ситуаций при монтаже (демонтаже), вводе в эксплуатацию и эксплуатации.

Абсорбер должен соответствовать требованиям безопасности в течение всего периода эксплуатации при выполнении потребителем требований, установленных в ЭД.

Конструкцией абсорберов должны быть исключены на всех режимах работы нагрузки на детали и сборочные единицы, способные вызвать разрушения, представляющие опасность для работающих.

При возможном возникновении нагрузок, приводящих к опасным для работающих разрушениям отдельных деталей или сборочных единиц, абсорбер должен быть оснащен устройствами, предотвращающими возникновение разрушающих нагрузок, а детали и сборочные единицы должны быть ограждены или расположены так, чтобы их разрушающиеся части не создавали травмоопасных ситуаций.

Конструкцией абсорбера и его отдельных частей должна быть исключена возможность их падения, опрокидывания и самопроизвольного смещения при всех предусмотренных условиях эксплуатации и монтаже (демонтаже). Если из-за формы абсорбера, распределения масс отдельных его частей и (или) условий монтажа (демонтажа) не может быть достигнута необходимая устойчивость, то должны быть предусмотрены средства и методы закрепления, соответствующие требованиям, содержащимся в ЭД на абсорбер конкретной группы, вида, модели (марки).

Конструкционные элементы абсорберов не должны иметь острых углов, кромок, заусенцев и поверхностей с неровностями, представляющих опасность травмирования работающих.

Части абсорбера (в том числе трубопроводы гидро-, паро-, пневмосистем, предохранительные клапаны, кабели и др.), механическое повреждение которых может вызвать возникновение опасности, должны быть защищены ограждениями или расположены так, чтобы предотвратить их случайное повреждение работающими или средствами технического обслуживания.

Конструкцией абсорбера должны быть исключены самопроизвольное ослабление или разъединение креплений сборочных единиц и деталей.

Абсорбер должен быть пожаро-, взрывобезопасным в условиях эксплуатации.

Конструкцией абсорбера должно быть исключено накопление зарядов статического электричества в количестве, представляющем опасность для работающего, и возможность пожара и взрыва.

Абсорбер не должен являться источником шума и вибрации. Конструкция абсорбера должна быть такой, чтобы концентрация вредных веществ в рабочей зоне, а также их выбросы в природную среду в процессе эксплуатации не превышали допустимых значений, установленных ГОСТ 12.1.005.

Абсорбер, предназначенный для работы с взрывоопасной газовой средой, должен отвечать требованиям ГОСТ 12.1.010 и быть оснащен устройствами, отводящими направленную взрывную волну.

Уплотнения абсорбера, предназначенные для работы с пожаро- и взрывоопасными средами, должны препятствовать образованию горючих и взрывоопасных смесей в рабочем и нерабочем состояниях абсорбера.

Конструкцией абсорбера должна быть исключена возможность соприкасания работающего с горячими частями или нахождение в непосредственной близости от них, если это может повлечь за собой его травмирование.

Температура наружной поверхности оболочки с теплоизоляцией в местах обслуживания должна быть не более 45 °С.

Теплоизоляция должна быть изготовлена из минеральных или органических теплоизолирующих материалов. Слой теплоизоляции в случае необходимости должен быть защищен водонепроницаемой оболочкой.

Если назначение абсорбера и условия его эксплуатации (например использование вне производственных помещений) не могут полностью исключить контакт работающего с его горячими частями, то ЭД должны содержать требование об использовании средств индивидуальной защиты.

Конструкция рабочего места, его размеры и взаимное расположение элементов (органов управления, средств отображения информации, вспомогательного оборудования и др.) должны обеспечивать безопасность при использовании абсорбера по назначению, техническом обслуживании, ремонте и уборке с учетом веществ, применяемых в технологическом процессе, а также соответствовать эргономическим требованиям по ГОСТ 12.2.049.

Необходимость наличия на рабочих местах средств пожаротушения и других средств, используемых в аварийных ситуациях, должна быть установлена в стандартах, нормативных документах на абсорберы конкретных групп, видов, моделей (марок).

Если расположение рабочего места вызывает необходимость перемещения и (или) нахождения работающего выше уровня пола, то конструкцией абсорбера должны быть предусмотрены площадки, лестницы, перила, другие устройства, размеры и конструкция которых должны исключать возможность падения работающих и обеспечивать удобное и безопасное выполнение трудовых операций, включая операции по техническому обслуживанию.

Конструкцией абсорберов должна быть обеспечена безопасность работающих при монтаже (демонтаже), вводе в эксплуатацию и эксплуатации как в случае автономного использования, так и в составе технологических комплексов при соблюдении требований (условий, правил), предусмотренных в ЭД на абсорберы конкретных групп, видов, моделей (марок).

Абсорберы должны быть обеспечены сигнализирующими и блокирующими устройствами, срабатывающими при нарушении установленного технологического режима эксплуатации.

К обслуживанию абсорберов допускается обслуживающий персонал, изучивший их устройство и приемы обслуживания.

Конструкция абсорберов должна быть рассчитана на предельное максимальное рабочее (избыточное) давление или разрежение, которое может возникнуть при их эксплуатации.

Абсорберы, предназначенные для работы под избыточным давлением свыше 0,07 МПа, должны соответствовать требованиям [1].

Отключение абсорберов из экономических соображений или по другим причинам, не предусмотренным технологическим процессом, запрещается.

Требования к эксплуатации абсорберов - по [2].

Работы, связанные с включением, эксплуатацией, ремонтом абсорберов, проводят с соблюдением инструкции по технике безопасности, действующей на конкретном предприятии. Ответственность за соблюдение правил техники безопасности несет руководство предприятия.

Все виды работ внутри корпуса абсорбера проводят с использованием спецодежды и других средств защиты работающих по ГОСТ 12.4.011 в соответствии с порядком и правилами по технике безопасности, установленными на конкретном предприятии.

Методы испытаний

Внешний вид, комплектность и качество монтажа абсорберов проверяют визуальным осмотром оборудования в сборе и его отдельных элементов. Во время осмотра проверяют отсутствие посторонних предметов внутри корпуса абсорбера, состояние теплоизоляции и антикоррозионных покрытий, готовность мест для присоединения измерительных приборов, качество монтажа затворов и люков, выполнения сварных швов и соединений, определяющих герметичность оборудования.

Габаритные размеры абсорбера проверяют средствами измерения длины, используемыми на предприятии-изготовителе.

Массу абсорбера проверяют взвешиванием опорожненного абсорбера в сборе или его частей на весах или с помощью динамометра в соответствии с нормативными документами (НД) на абсорбер конкретной группы, вида, модели (марки).

При изготовлении абсорбера контроль качества сварных швов, выполненных способом дуговой сварки по ГОСТ 5264, ГОСТ 11534, ГОСТ 14771, ГОСТ 14776, ГОСТ 14806, ГОСТ 16037, ГОСТ 16038, ГОСТ 27580, сваркой в защитном газе по ГОСТ 23518, сваркой под флюсом по ГОСТ 8713, ГОСТ 11533, электрошлаковой сваркой по ГОСТ 15164, контактной сваркой по ГОСТ 15878, проверяют:

- визуальным контролем и измерением;

- механическим испытанием;

- испытанием на стойкость против межкристаллитной коррозии;

- металлографическим исследованием;

- стилоскопированием;

- ультразвуковой дефектоскопией;

- радиационным методом;

- измерением твердости металла шва;

- цветной или магнитопорошковой дефектоскопией;

- другими методами (акустической эмиссией, люминесцентным контролем, определением содержания ферритной фазы и др.), предусмотренными в НД на абсорбер конкретной группы, вида, модели (марки).

По истечении назначенного срока службы абсорбер подвергают испытанию на надежность дальнейшей службы с проверкой толщины стенок корпуса ультразвуковым методом по ГОСТ 14782, радиационным - по ГОСТ 7512 или другим, определяемым разработчиком, и устанавливают соответствие основных технических показателей НД на абсорбер конкретной группы, вида, модели (марки).

Проверка на герметичность

Способ проверки абсорбера на герметичность определяет разработчик.

Испытание сварных швов на сквозные дефекты проводят капиллярным, гидравлическим или пневматическим методами.

Капиллярный метод (смачивание керосином)

Поверхность контролируемого шва с наружной стороны покрывают меловым раствором, а с внутренней - обильно смачивают керосином в течение всего периода испытаний. Время выдержки сварного шва должно быть не менее указанного в таблице 1.

Таблица 1 - Время выдержки сварного шва при испытании керосином

Толщина шва, мм	Время выдержки, ч (мин)
	Нижнее положение шва	Верхнее вертикальное положение шва
До 4 включ. Св. 4» 10 » » 10	0,35 (20) 0,45 (25) 0,50 (30)	0,50 (20) 0,60 (35) -

Сварные швы считают непроницаемыми, если на поверхности контролируемого шва с нанесенным меловым раствором за время выдержки не появились пятна керосина.

Гидравлическое испытание

Гидравлическое испытание проводят на испытательном стенде предприятия-изготовителя. Допускается гидравлическое испытание негабаритных абсорберов, транспортируемых частями и собранных на монтажной площадке, проводить после окончания сборки, сварки и других работ на месте установки.

Гидравлическое испытание абсорбера следует проводить с крепежом и прокладками, предусмотренными в НД на абсорбер конкретной группы, вида, модели (марки).

Гидравлическое испытание абсорбера (сборочных единиц, деталей, за исключением литых) проводят пробным давлением Р_пр, МПа (кгс/см²). Пробное давление Р_пр рассчитывают по формуле

(1)

где Р - расчетное давление, определяемое по ГОСТ 14249, МПа (кгс/см²);

[?]₂₀ и [?]_t - допустимые напряжения для материала при 20 °C и расчетной температуре t, МПа (кгс/см²), соответственно.

Примечания

1. Если материал детали или сборочной единицы (обечайки, днища, фланца, крепежа, патрубка) сосуда менее прочный или ее расчетное давление или расчетная температура меньше, чему других деталей или сборочных единиц, то абсорбер следует испытывать пробным давлением, определенным для этой детали или сборочной единицы.

2. Пробное давление для абсорберов, предназначенных для конкретных климатических зон, допускается рассчитывать с учетом условий зоны, расчетное давление или расчетная температура которой имеет меньшее значение.

3. Если пробное давление Р_пр, определяемое по формуле (1), вызывает необходимость увеличения толщины стенки корпуса абсорбера, работающего под наружным давлением, то для проведения гидравлического испытания допускается пробное давление рассчитывать по формуле

(2)

где E₂₀ и E_t - модули упругости материала при 20 °C и расчетной температуре t, МПа (кгс/см²), соответственно.

Пробное давление при испытании абсорбера, предназначенного для работы с различными расчетными параметрами, следует принимать равным максимальному из определенных экспериментальных значений пробных давлений,

Предельное отклонение пробного давления должно быть не более 5 %.

Гидравлическое испытание абсорберов, устанавливаемых вертикально, допускается проводить в горизонтальном положении при условии обеспечения прочности корпуса абсорбера.

Расчет на прочность выполняет разработчик НД на абсорбер конкретной группы, вида, модели (марки).

При этом пробное давление рассчитывают с учетом гидростатического давления, установленного рабочими условиями, и контролируют манометром, установленным на верхней образующей корпуса абсорбера.

Для гидравлического испытания абсорберов применяют воду. Допускается по согласованию с разработчиком использовать в качестве испытательной среды другую жидкость.

Перепад температур стенки абсорбера и окружающего воздуха во время испытания не должен вызывать конденсации влаги на стенках абсорбера.

Давление в испытуемом абсорбере следует повышать и снижать плавно в соответствии с инструкцией предприятия-изготовителя. Скорость подъема и снижения давления должна быть не более 0,5 МПа (5 кгс/см²) в минуту.

Время выдержки сварных соединений абсорбера (деталей, сборочных единиц) под пробным давлением должно быть не менее значений, указанных в таблице 2.

Таблица 2 - Время выдержки сварных швов под пробным давлением

Толщина шва, мм	Время выдержки, ч (мин)
До 50 включ. Св. 50 » 100 » » 100 Любая1)	0,15(10) 0,35 (20) 0,5 (30) 1,0(60)
1) Для литых и многослойных сосудов (деталей, сборочных единиц).

После выдержки абсорбера (детали, сборочной единицы) под пробным давлением давление снижают до расчетного и визуально контролируют наружную поверхность, разъемные и сварные соединения. Не допускается обстукивание абсорбера во время испытаний.

Примечание - Визуальный контроль абсорберов, работающих под разрежением, следует проводить при пробном давлении.

Пробное давление при гидравлическом испытании следует контролировать двумя манометрами. Манометры должны быть одного типа, предела измерений, класса точности, иметь одинаковую цену деления. Класс точности манометров должен быть не ниже 2,5.

После проведения гидравлического испытания воду полностью удаляют.

Абсорберы, работающие без давления (под налив), испытывают смачиванием сварных швов керосином в соответствии с 5.6.1.

Гидравлическое испытание допускается по согласованию с разработчиком заменять пневматическим (сжатым воздухом, инертным газом или смесью воздуха с контрольным газом), если проведение гидравлического испытания невозможно из-за:

- трудностей, связанных с удалением воды из абсорбера;

- возможного нарушения внутренних покрытий;

- температуры окружающего воздуха ниже 0 °C;

- невозможности выдержать нагрузку, создаваемую при заполнении абсорбера водой, несущими конструкциями и фундаментами испытательных стендов и др.

Пневматическое испытание

Перед проведением пневматического испытания абсорбер подвергают внутреннему и наружному осмотрам, а сварные швы - 100 %-ному контролю ультразвуковой дефектоскопией или радиационным методом.