ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Абсорбция газа в пенном слое из "Практикум по общей химической технологии" Общие сведения о пенном режиме, устройстве и принципе работы пенных аппаратов. В пенном аппарате осуществляют процессы массо- и теплопередачи при непосредственном соприкосновении жидкости и газа, такие как охлаждение и нагревание газа, абсорбция, десорбция, очистка и осушка газов. Эти процессы являются важнейшими операциями химической технологии. [c.45] Пенный способ взаимодействия жидкостей с газами позволяет значительно интенсифицировать процессы тепло- и массопередачи при сравнительно небольшом расходе энергии на их осуществление. Этот способ основан на принципе создания подвижной пены из взаимодействующих жидкости и газа. В подвижной пене процессы массо- и теплопередачи протекают с чрезвычайно большой интенсивностью, благодаря высоко развитой поверхности контакта фаз, малым диффузионным сопротивлениям и непрерывному обновлению поверхности контакта фаз. [c.45] Пенные аппараты, применяемые для осуществления пенного способа взаимодействия газов и жидкостей, работают с интенсивностью в десятки, а в некоторых случаях и в сотни раз превышающей интенсивность башен с насадкой. Подвижная пепа получается в перекрестном потоке газа и жидкости на ситчатой тарелке (решетке) пенного аппарата при больших скоростях газа. Получение такой пены из любой жидкости происходит без применения пенообразователей исключительно за счет создания соответствующего гидродинамического режима, в основном за счет высокой скорости газа в полном сечении пенного аппарата и создания подпора для удержания слоя пены на решетке. [c.46] При пропускании газа через ситчатую тарелку перекрестным током с жидкостью образуется дисперсная газо-жидкостная система, которая меняется по мере увеличения скорости газа хю при небольших скоростях газа, не превышающих скорости поднятия пузырь-, ков газа в данной жидкости (ш = 0,1—0,4 м1сек), осуществляется типичный барботаж, т. е. пробулькивание газа через слой жидкости. Однако и при этом режиме над барботажной зоной обычно образуется слой малоподвижной пены, имеющей ячеистую структуру. По мере увеличения скорости газа зона пены увеличивается за счет барботажной зоны и, когда скорость газа в полном сечении аппарата достигнет 0,5—1 м сек, дисперсная газожидкостная система становится в основном пенной. Скорость газа, соответствующая переходу от барботажного режима к пенному, и структура пены зависят от высоты исходного слоя жидкости кд, из которого образуется пена, природы жидкости и газа и других условий. [c.46] При переходе от барботажного режима к пенному вначале при малых скоростях газа образуется малоподвижная пена с крупными ячейками. При дальнейшем увеличении скорости газа ячейки пены уменьшаются, пена становится все более подвижной и при т — = 1—1,3 м/сек превращается в сильно турбулизованную систему. Такая подвижная пена представляет собой взвешенный слой жидкости в виде быстро движущихся пленок и струй, тесно перемешанных с пузырьками и струями газа. Такая пена обеспечивает сильно развитую поверхность соприкосновения жидкости и газа, быстрое обновление межфазной поверхности при этом интенсивность процесса массо- и теплопередачи увеличивается в десятки раз, а гидравлическое сопротивление системы снижается. Так, количественное изменение скорости газа приводит к качественно новому режиму — исчезновению барботажа и появлению пенного режима. Чем выше скорость газа, тем ближе к решетке, сильнее и чаще происходит столкновение пузырьков и, следовательно, тем быстрее обновляется поверхность контакта фаз и растет интенсивность процесса массо-и теплопередачи. [c.46] На рис. 13 и 14 приведены принципиальные схемы однополочного и многополочного пенных аппаратов. [c.47] В многополочном пенном аппарате (см. рис. 14) газ подается под иижпюю решетку и, пройдя снизу вверх через отверстия всех трех решеток, удаляется сверху аппарата через штуцер 4. Жидкость подается на верхнюю решетку через штуцер 5 и приемную коробку 6, приваренную к корпусу аппарата Пройдя верхнюю решетку 2, жидкость сливается в сливную коробку 8 и огибая перегородку, поступает на вторую сверху решетку. Таким образом, жидкость последовательно протекает все решетки 2 и удаляется из нижней части аппарата через штуцер 10. Перегородки в переливных коробках создают гидравлические затворы 9, препятствующие попаданию газа в переливы жидкости. На сливе жидкости с решеток приварены пороги 7, создающие подпор пены на решетках. Над ними расположены сливные отверстия. [c.48] Высота слоя пены на решетке пенного аппарата — величина, характеризующая интенсивность работы аппарата. Чем выше слой пены, тем больше развита поверхность контакта фаз и тем быстрее осуществляется процесс массо- или теплопередачи в пенном слое. [c.48] В различных пенных аппаратах при одинаковых т н высота пены зависит от площади сливного отверстия и высоты его над решеткой. Чем меньше площадь сливного отверстия и чем больше расстояние от его геометрической оси до решетки, тем больше высота пены при данной скорости газа и одинаковой высоте исходного слоя жидкости, из которого образовалась пена. При большой площади сливного отверстия и отсутствии порога пена образуется лишь в том случае, если на решетку подается большое количество жидкости. При очень малой площади сливного отверстия или большом расстоянии его над решеткой может наступить захлебывание аппарата, т. е. заполнение пеной всего расстояния между решетками и переброс жидкости с нижней решетки на верхнюю или даже в газоход отходящего газа. Чем больше подается жидкости на решетку и чем выше скорость газа, тем больше должно быть сечение сливного отверстия и ниже расположен его геометрический центр. [c.49] Все показатели работы пенного аппарата зависят от скорости газа в полном сечении аппарата ги) . [c.49] На рис. 15 показана зависимость основных показателей работы пенного аппарата высоты слоя пены Я, коэффициента скорости процесса (массо- или теплопередачи) к и гидравлического сопротивления аппарата АРа от Изменение высоты пенного слоя со скоростью газа происходит симбатно изменению коэффициента скорости процесса таким образом, величина Я может служить мерой интенсивности работы пенного аппарата. [c.49] Лабораторная установка пенного аппарата (рис. 16) может быть использована для изучения гидродинамики пенного аппарата, а также для исследования абсорбции газа жидкостью, в частности для изучения процесса абсорбции сернистого газа раствором соды, описанного ниже. [c.50] Лабораторная модель пенного аппарата 1 представляет собой разъемную колонку, во фланцах которой зажата на резиновых прокладках решетка 2 — круглая перфорированная стальная пластинка. Диаметр отверстий решеток равен 2 мм шаг между центрами отверстий различных решеток изменяется от 4 до 6 мм в зависимости от этого свободное сечение решетки составляет от 22,66 до 10% от площади сечения колонки. Диаметр колонки 5 см. Площадь ее сечения, равная площади перфорированной части решетки, составляет 19,6 см . [c.50] В этой модели пенного аппарата порогом, подпирающим жидкость на решетке, служит стенка колонки от решетки до сливного отверстия. Поскольку расстояние от решетки до нижнего края сливного отверстия составляет 25 мм, то высота порога для данной модели неизменна и равна 25 мм. [c.50] При изучении абсорбции ЗОг раствором соды содовый раствор (15% ЫазСОз) подается на решетку из напорной бутылки 4, через реометр 5 в тот же вливной патрубок 6 при перекрытых кранах 20 и 19 на водной коммуникации. Вспененная жидкость отводится из аппарата через сливной патрубок 7 в сборник 5 и в случае изучения абсорбции отбирается из сборника на анализ. [c.51] Сернистый газ поступает в систему из баллона 21 через диафрагму 9 с дифманометром 10. Воздух засасывается в установку через патрубок 11, расход его замеряется диафрагмой 12 с дифманометром 13. Перед поступлением в подрешеточную часть пенного аппарата воздух смешивается с 50з в заданных соотношениях, устанавливаемых по реометрам /О и /5 и проверяемых аналитически. [c.51] Анализ газовой смеси на содержание ЗОг производится до и после аппарата газ отбирается на анализ через тройники с кранами 14. Газ анализируют на содержание ЗОг, определяя ЗОг титрованием иодом в присутствии крахмала до обесцвечивания иодокрахмального раствора. Для этого анализируемый газ пропускают через поглотительный сосуд 15, в который залит определенный объем титрованного раствора иода и далее в аспиратор 16. Общее количество газа, проходящего через систему, регулируется струбциной 18. Гидравлическое сопротивление решетки со слоем пены замеряется водяным дифманометром 19. [c.51] На данной установке можно изучать гидродинамику пенообразования и абсорбционные процессы. [c.51] При выполпении работы устанавливается 1) зависимость высоты пенного слоя Н и гидравлического сопротивления аппарата АР от скорости газа в полном сечении аппарата ы 2) зависимость высоты и структуры слоя пены и гидравлического сопротивления аппарата от интенсивности потока воды I. [c.51] При проведепии работы включают вакуум-насос, протягивающий воздух через установку, и по реометру 13 (см. рис. 16) устанавливают определенную скорость воздушного потока при помощи струбцины 18, далее открывают на водной линии краны 19 и 20 и подают воду на решетку пенного аппарата, устанавливая ее расход по реометру 3 и регулируя расход кранами. [c.51] Вернуться к основной статье