Порожнистий (розпилювальний) абсорбер
Рис. 5.6. Порожнистий (розпилювальний) абсорбер: 1 - корпус; 2 - кришка; 3 – форсунки.
Принцип дії У порожнистих абсорберах контакт між фазами досягається розпилюванням або розбризкуванням рідини в газовому потоці. Порожнисті (розпилювальні) абсорбери - це порожнисті колони, у яких газ рухається зазвичай знизу вгору, а рідина подасться через змонтовані у верхній частині колони форсунки із спрямуванням факела розпилу найчастіше зверху вниз. У швидкісних прямотечійних розпилювальних абсорберах газ, який рухається зі швидкостями до 20-30 м/с, захоплює рідину, взаємодіє з нею, після чого остання відокремлюється від газового потоку в сепараційному просторі апарата (до такого типу апаратів належить абсорбер Вентурі).
Переваги: малий гідравлічний опір; їх можна використовувати при значній концентрації абсорбенту в оброблюваному газі.
Недоліки: значні витрати енергії на розпилення рідини. 5.6. Адсорбери з нерухомим шаром адсорбенту
Рис. 5.7. Адсорбери з нерухомим шаром адсорбенту: а – вертикальний; б – горизонтальний; 1 – корпуси;2 – опорно-розподільні решітки; 3 – люки для вивантаження адсорбенту; 4 – люки для завантаження адсорбенту. Принцип дії Найбільше поширення в промисловості знаходять вертикальні і горизонтальні адсорбційні апарати з нерухомим шаром. Адсорбери з нерухомим шаром адсорбенту є апаратами періодичної дії. Вертикальний і горизонтальний адсорбери мають корпус 7 із шаром адсорбенту, що знаходиться на опорно-розподільних решітках 2. Вихідна газова суміш проходить через шар адсорбенту зверху вниз. При десорбції водяною парою його подають через нижній штуцер, конденсат приділяється через штуцер у днищі, а пар разом з десорбованою речовиною іде через штуцер у кришці. Завантаження і вивантаження адсорбенту виробляються через люки 4 і 3. Вертикальні адсорбери застосовують для адсорбції газів у випадку малої і середньої продуктивності. Для обробки великих об'ємів газів (порядку З0000 м3/год і вище) використовують горизонтальні і кільцеві (тут не представлені) адсорбери, що володіють незначним гідравлічним опором.
Переваги: адсорбційні установки працюють безупинно, у них включають кілька адсорберів, причому їхнє число визначається відповідно до тривалості адсорбційно-десорбційного циклу.
Недоліки: періодичність роботи апаратів з нерухомим шаром. 5.7. Багатоступінчатий адсорбер із псевдозрідженим шаром
Рис. 5.8. Багатоступінчатий адсорбер із псевдозрідженим шаром: 1 – корпус; 2 – розподільні решітки; 3 – переточна труба; 4 – затвор-регулятор
Принцип дії Адсорбери з псевдозрідженим і щільно рухаючимся шаром адсорбенту. Цих Апарати із псевдозрідженим шаром адсорбенту з метою зниження подовжнього перемішування секційовані по висоті. Їхній пристрій аналогічно барботажним тарілчастим колонам. Багатоступінчастий адсорбер із псевдозрідженим шаром складається з ряду секцій, розташованих у циліндричному корпусі 1. Секції розділені розподільними гратами 2. Адсорбент входить в апарат через верхню трубу і далі по переточних трубах 3 рухається протитоком стосовно суцільної фази, подаваної знизу і відводи зверху. Відвід твердої фази з апарату виробляється за допомогою затвора-регулятора 4. Переваги: недоліків позбавлені адсорбери безупинної дії з псевдозрідженим і щільним рухаючим шаром адсорбенту. Упровадження цих установок у промисловість стримується через недостатню міцність адсорбентів, що піддаються в псевдозрідженим і рухаючим шарах інтенсивному здрібнюванню; компактність і мала енергоємність, оскільки відсутнє підведення теплоти на стадії десорбції.
Недоліки: періодичність роботи кожного адсорбера в установках, що включає апарати з нерухомим шаром, робить їх громіздкими (за винятком короткоциклових) і створює труднощі при їхній автоматизації. 5.8. Адсорбер із щільним рухаючим шаром адсорбенту
Рис. 5.9. Адсорбер із щільним рухаючим шаром адсорбенту: І – зона адсорбції; ІІ – зона ректифікації; ІІІ – зона десорбції; 1 – розподільні решітки; 2 – холодильник; З – бункер для подачі адсорбенту; 4 – затвор-регулятор; 5 – газодувка.
Принцип дії Апарат містить у собі адсорбційну І і ректифікаційну II зони, де відбувається поділ подаваної газової суміші, і десорбційну зону III, що служить для регенерації адсорбенту. Зони розділені розподільними ґратами 1. Адсорбент безупинно циркулює в апараті: спочатку прохолоджується в холодильнику 2, потім проходить адсорбційну зону І, де він переважно поглинає важкі компоненти, збагачуючи газ легкою фракцією, що відбирають з цієї зони. При проходженні адсорбентом ректифікаційної зони ІІ частково поглинена легка фракція витісняється парами важкої, вихідними з десорбційної зони ІІІ. Важку фракцію відбирають на виході з десорбційної зони II. Регенерований у зоні ІІІ гарячий адсорбент пневмотранспортом, за допомогою газодувки 5, направляють у бункер 3, відкіля він знову надходить у холодильник.
Переваги: висока ефективність.
Недоліки: значні матеріальні затрати пов’язані з роботою апарату. 5.9. Короткоциклова безнагрівна адсорбційна установка
Рис. 5.10. Схема короткоциклової безнагрівної адсорбційної установки: 1, 2 – адсорбери Принцип дії Двохстадійними є короткоциклові безнагрівні адсорбційні установки, що служать для очищення і поділу газів. Газова суміш надходить під невеликим тиском в адсорбер 1, де протягом декількох хвилин відбувається переважна адсорбція одного з компонентів. Після цього з адсорбера 1 під вакуумом десорбують і викачують поглинений компонент, у той час як адсорбер 2 працює на стадії адсорбції. Короткоциклові адсорбційні установки відрізняються компактністю і малою енергоємністю, оскільки відсутнє підведення теплоти на стадії десорбції. Застосування таких установок обмежено системами, у яких адсорбційна рівновага характеризується положистими ізотермами адсорбції.
Переваги: компактність і мала енергоємність, оскільки відсутнє підведення теплоти на стадії десорбції.
Недоліки: періодичність роботи. 5.10. Роторно-дисковий екстрактор
Рис. 5.10. Роторно-дисковий екстрактор: 1 – корпус; 2 – кільцеві перегородки; 3 – ротор; 4 – привід; 5, 6 – відстійні зони; 7 – розподілювач легкої фази
Принцип дії В середині корпусу 1 на рівній відстані один від одного закріплені нерухомо кільцеві перегородки 2. По вісі колони проходить вертикально вал з горизонтальними плоскими дисками, або ротор 3. який приводить в обертання за рахунок приводу 4. Диски ротора розміщені симетрично відносно перегородок 2, причому кожні дві сусідні кільцеві перегородки і диск між ними утворюють секцію колоии. Кільця і диски, що чергуються перешкоджають повздовжньому перемішуванню. До змішувальної зони колони дотикаються верхня 5 і нижня 6 відстойні зони. Одна з фаз (наприклад легка) диспергується за допомогою розподілювача 7, а далі багатократно дробиться (редиспергується) за допомогою дисків ротора в секціях колони. Після перемішування фази частково розділяються внаслідок різниці густин при обтіканні їми кільцевих перегородок, що обмежують секції колони. При цьому легка фаза піднімається до верху, аважка фаза опускається до низу і захоплюється відповідними дисками ротора для наступного перемішування.
Переваги: ефективні; економність.
Недоліки: складність конструкції. 5.11. Трубчатий центробіжний екстрактор
Рис. 5.11. Трубчатий центробіжний екстрактор: I, III, V, VII -сепараційні зони; II, IV, VI -экстракційні зони; 1 – циліндричний барабан; 2 – відбійні дірчаті перегородки; 3 – нерухомий циліндр; 4 – верхній злив; 5 – нижній злив; 6 – перемішуючі лопасті. Принцип дії Перегородки мають форму або чергуючихся дисків і кілець, або глухих тарілок, або форму дисків з вирізами. Відстань між поличками складає зазвичай 50 – 150 мм. Краплі, коалесцуючи, обтікають перегородки у вигляді тонкої плівки, омиваємої суцільною фазою.
Переваги: ефективність; економність.
Недоліки: складність конструкції. 5.12.Сітчастий колонний екстрактор
Рис. 5.12. Сітчастий колонний екстрактор
Принцип дії Диспергуюча фаза (легка), проходячи через отвори сітчастих тарілок, багатократно дробиться на краплі і струйки, які, в свою чергу, розпадаються на краплі в міжтарілковому просторі. Після взаємодії із суцільною фазою краплі коалесцують и утворюють шар легкої фази під кожною вищерозташованною тарілкою. У випадку утворення важкої фази, шар рідини утворюється над тарілкою. Коли гідростатичний тиск шару рідини стає достатнім для подолання опору отворів тарілки, рідина, проходячи крізь отвори тарілки, диспергується знову. Суцільна фаза (важка рідина) перетікає з тарілки на тарілку через переливні патрубки.
Переваги: економність.
Недоліки: складність конструкції. 5.13. Мембранний апарат з плоскими мембранними елементами
Риc. 5.13. Мембранний апарат з плоскими мембранними елементами: A-вихідний розчин, В-ретант, С-перміат; 1 – фланець; 2 – мембранні елементи; 3 – направляючі штанги; 4 – опорні пластини; 5 – мембрани; 6 – проточне кільце; 7 – замкове кільце; 8 – заглушка; 9 – шланг; 10 – колектор перміату Принцип дії Основою апарату є мембранний елемент, що складається з плоских (листових) мембран, укладених по обидві сторони плоского пористого матеріалу – дренажу, або приготованих безпосередньо на його поверхні. Відстань між сусідніми мембранними елементами (мембранний простір – канал, протікає вихідний розчин) невеликий, у межах 0,5 – 5 мм. Поділюваний розчин послідовно проходить між усіма мембранними елементами, концентрується та видаляється з апарату. Частина цього розчину, що пройшла через мембрану у дренаж, утворює пернміат (фільтрат). Апарат представляє собою пакет мембранних елементів 2 еліптичної форми, що знаходяться між круглими фланцями 1. Їх співвісність забезпечується двома направляючими штангами 3. На вільні кінці штанг нагвинчуються гайки, затягуванням яких забезпечується пресування апарату. Мембранні елементи складаються з опорних пластин 4, з обох боків яких укладені мембрани 5. Отвори в опорних пластинах та мембранах точно суміщаються і герметизуються двома кільцями, що скріплюються: протічним 6 зі сторони входу розділяємого розчину в проточні отвори і замковим 7 зі сторони виходу з них. Для подачі поділюваного розчину з проточного отвору в мембранний канал і відводу його в інший проточний отвір в проточних кільцях маються прорізи в радіальному напрямку. Проточне кільце щільно входить в гніздо, що оточує отвір, чим досягається співвісність усіх отворів і надійна герметизація проточних отворів по вузьких кромках мембран, розміщених між кільцями 6 і 7. Для розділення поділеного розчину по секціях один з проточних отворів на відповідних мембранних елементах перекривають заглушкою 8. Перміат відбирають окремо з кожного мембранного елемента по гнучких капілярних шлангах 9 з послідуючим виводом в загальний колектор 10.
Переваги: висока ефективність.
Недоліки: складність конструкції; дороговизна. 5.14. Мембранний апарат з U – подібними мембранними елементами у вигляді палих волокон
Рис. 5.14. Мембранний апарат з U – подібними мембранними елементами у вигляді палих волокон: A-вихідний розчин, В-ретант, С-перміат; а – з конічним опорним фланцем: 1 – корпус; 2 – пучок палих волокон; 3 – шайба; 4 – кільцеві ущільнення; 5 – збірник перміату. б – з пористою опорною підкладкою: 1 – пучок палих волокон; 2 – шайба; 3 – пориста підкладка; 4 – кришка; 5 – фланцеве з’єднання; 6 – корпус Принцип дії Апарат має корпус 1, збірник перміату 5 і кільцеві ущільнення 4. Відкриті кінці U – подібного пучка палих волокон 2 довжиною 1,5 – 2,0 м склеюють епоксидною смолою в шайбі 3. Серед основних недоліків є доволі складна система герметизації і зменшення робочої поверхні волокон при вклеюванні їх в шайбу 3. Останнє обумовлено тим, що шайба 3 повинна витримувати вплив високого тиску і тому має велику товщину. На б використовують шайби 2 значно меншої товщини (10 – 20 мм) так як під ними розміщують пористу підкладку 3, що розгружує шайбу від механічних напружень при створенні робочого тиску в апараті і слугує для виводу перміату з торців палих волокон.
Переваги: висока ефективність.
Недоліки: складність конструкції; доволі складна система герметизації і зменшення робочої поверхні волокон при вклеюванні їх в шайбу; дороговизна. 5.15. Кристалізатор з плівковою мішалкою
Рис. 5.15. Кристалізатор з плівковою мішалкою: 1 – корито; 2 – водяна рубашка; 3 - плівкова мішалка Принцип дії У кориті 1 з водяною рубашкою 2 поволі обертається спіралевидна мішалка 3 з металевих смуг. Охолоджуюча вода в рубашці рухається протитечією до розчину.
Переваги: механічне стирання кристалів при перемішуванні майже усунене; стінки апарату майже не інкрустуються; кристали виходять крупними, розміром від 3-5 до 10-25 мм.
Недоліки: повільний ріст кристалів; складність конструкції. 5.16. Вакуум кристалізатор
Рис. 5.16. Вакуум кристалізатор: 1 – корпуса-випарники; 2 – поверхневі конденсатори; 3 – насоси; 4 – конденсатор Принцип дії Ці апарати не мають охолоджуючих пристроїв. Тому їх можна виготовляти з корозостійких матеріалів з низькою теплопровідністю. Є вертикальними апаратами циліндричної форми з рамною або якороной мішалкою. Перемішування розчину перешкоджає відкладенню кристалів на стінках апарату і зниження концентрації розчину. Відсмоктування пари розчинника здійснюється за допомогою конденсатора пароструйного насоса, приєднаного до верхньої частини апарату.
Переваги: доволі великі розміри кристалів; велика продуктивність, унаслідок чого широке застосування у великотоннажних виробництвах.
Недоліки: внаслідок меншого розрідження в решті ступенів в них знижуються швидкості випаровування розчинника і зростання кристалів. 5.17.Качаючий кристалізатор
Рис. 5.17. Качаючий кристалізатор: 1 – корито; 2 – бандажи; 3 – опорні ролики Принцип дії Такий кристалізатор є довгим неглибоким відкритим коритом 1, укріплене на круглих бандажах 2, які спираються на ролики 3. Корито встановлене з невеликим нахилом уздовж його подовжньої осі. За допомогою спеціального приводу (на малюнку не показаний) корито може поволі качатся на опорних роликах. Розчин подають в корито поблизу його верхнього кінця. Поволі протікаючи по кориту він охолоджується унаслідок втрати тепла в оточуючою середовище і часткового випаровування. Вивантаження кристалів і розчину виробляється в нижньому кінці корита. Довго вживаних апаратів до 15 м, ширина до 1,5 м.
Переваги: механічне стирання кристалів при перемішуванні майже усунене; стінки апарату майже не інкрустуються; кристали виходять крупними, розміром від 3-5 до 10-25 мм.
Недоліки: повільний ріст кристалів; низька швидкість утворення зародків. 5.18. Башенний кристалізатор
Рис. 5.18. Башенний кристалізатор: 1 – шахта; 2 – розпилювачі.
Принцип дії Попередньо охолоджений розчин вводиться до вежі (шахти) та розпилюється у ній спеціальним розпилювачем. Охолодження розчину відбувається за рахунок випару дрібних крапель у повітряному потоці, який утворюється за рахунок різниці температур між розчином та зовнішнім повітрям. На подальшу обробку отриманні кристали разом з маточним розчином потрапляють самопливом або транспортуються насосом. Переваги: п риємні умови для утворення великих агрегатів, що зростаються.
Недоліки: процес видалення розчинника протікає повільно; проміздкість апаратури.
5.19. Шнековий кристалізатор
Рис. 5.19. Шнековий кристалізатор: 1 – жолоб; 2 – мішалка; 3 – зубчата передача.
Принцип дії Шнековий кристалізатор представляє собою відкритий горизонтальний жолоб 1, всередині якого встановлена мішалка 2, що приводиться до дії через зубчату передачу 3. Мішалка рухається з невеликою швидкістю (»2 об/хв). Охолодження в кристалізаторі такої конструкції проходить тільки природнім шляхом за рахунок випаровування розчинника з відкритої поверхні.
Переваги: можливість працювати періодично та безперервно; процес протікає в 6-7 разів швидше ніж у кристалізаторах ящикового типу.
Недоліки: випаровування розчинника обходиться дорого.
5.20. Кристалізатори відкритого типу з мішалкою
Рис. 5.20. Кристалізатори відкритого типу з мішалкою: 1 – корито; 2 – водяна рубашка; 3 – мішалка; 4, 5 – патрубки для входу та виходу розчину; 6, 7 – штуцера для входу та виходи охолоджуючої води.
Принцип дії Кристалізатори відкритого типу з мішалкою складається з відкритого корита 1 шириною 600 мм та довжиною до 12 м, яке має полу циліндричне днище та водяну рубашку 2. Всередині корита на горизонтальному валу розташована тихохідна стрічкова мішалка 3. Якщо для проведення кристалізації необхідна значна поверхня, то встановлюють декілька апаратів, послідовньо один над другим, для того щоб розчин міг перетикати з одного апарату до другого. Гарячий концентрований розчин потрапляє до апарату з одного кінця і протікає вздовж корита, а охолоджуюча вода в рубашці рухається у зворотньому напрямку.
Переваги: процес кристалізації починається на вході розчину та повністю завершується до виходу його з корита; утворення індивідуальних та однорідних по величині кристалів.
Недоліки: осадження кристалів на поверхні, що охолоджується, ускладнюється. 5.21. Барабанний кристалізатор, що обертається
Рис. 5.21. Барабанний кристалізатор, що обертається: 1 – барабан; 2 – опорний ролик; 3 – зубчатий венець; 4 – вентилятор; 5 – кожух; 6 – парова труба.
Принцип дії Барабанний кристалізатор, що обертається, представляє собою циліндричний барабан 1, що опирається на дві пари опорних роликів 2, що обертаються. Труба встановлена під невеликим кутом до горизонту. Труба приводиться до обертання за допомогою зубчатого венця 3. Для зменшення втрат тепла в оточуюче середовище барабан покривають ззовні шаром ізоляції або оточують кожухом 5. Для попередження присипання кристалів до стінок у нижній частині кристалізатора є парові труби 6. Над розчином за допомогою вентилятора 4 безперервно пропускають струм повітря, який при насиченні, уносить з собою пари розчинника. Початковий розчин потрапляє рівномірно по трубопроводу з одного кінця барабана, а кристали і маточний розчин виходять у прийомник з іншого кінця. Повітря нагрівається вентилятором при нормальній температурі та рухаться всередині барабану в напрямку, оберненому до напрямку руху розчину.
Переваги: можливість працювати з охолодженням без видалення розчинника.
Недоліки: не висока продуктивність. 5.22. Ректифікація з тепловим насосом
Рис. 5.22. Ректифікація з тепловим насосом: 1 - ректифікаційна колона; 2 - куб колони; 3 - компресор Принцип дії Значного заощадження енергії можна досягти, застосовуючи схеми ректифікації з тепловим насосом. У цьому разі пара, яка виходить з колони, стискається компресором до тиску, що відповідає необхідній температурі його конденсації в кубі колони. При цьому відпадає необхідність у дефлегматорі, а також суттєво зменшуються витрати нагрівальної пари та охолоджувальної води.
Переваги: економність; відпадає необхідність у дефлегматорі, а також суттєво зменшуються витрати нагрівальної пари та охолоджувальної води.
Недоліки: складність конструкції. 5.23. Екстрактивна ректифікація
Рис. 5.23. Екстрактивна ректифікація бінарної суміші компонентів А і В: 1 - колона для екстрактивної ректифікації, 2- колона для розділення компонента В та екстрагувального компонента С; 3 - насоси; 4 - кип'ятильники; 5 - конденсатори
Принцип дії Коли коефіцієнт відносної леткості а = РА/Рв компонентів А і В суміші незначний, крім ректифікації під вакуумом, можна застосовувати методи, які ґрунтуються на введенні в розділювану суміш додаткового (розділювального) компонента. У цьому додатковому компоненті, який є висококишіячим відносно одного з компонентів суміші, останній легко розчиняється, а другий компонент вихідної суміші є нерозчинним або практично нерозчинним. Наявність третього (додаткового, або екстрагувального) компонента збільшує відносну леткість компонента вихідної суміші, нерозчинного в утворюваній трикомпонентній суміші.
Переваги: підвищення відносної леткості полегшує розділення вихідних компонентів. Цей метод розділення називається екстрактивною ректифікацією.
Недоліки: передбачає наступне розділення вихідної суміші - екстрагувальний компонент, яка видаляється з кубовим залишком
|
