Применение АПН для улавливания диоксида углерода СО2

Расчеты АПН улавливания СО2 от 3000р

Абсорбция СО2 является широко распространенным В промышленности процессом. В частности, этот процесс используют в производстве синтетического аммиака для очистки азото-водородной смеси (газ после конверсии СО, содержащий Н2, N2 и СО2) или смеси Н2 и СО2 от двуокиси углерода [165]. Для проведения данного процесса применяют различные поглотители: воду, моноэтаноламин, растворы карбонатов, метанол и другие, причем абсорбцию ведут под повышенным давлением или при давлении, близком к атмосферному.
Водная абсорбция СО2. Водная абсорбция СО2 из азото-водородной смеси является наиболее старым ме¬тодом, который до сих пор применяют на ряде заводов. Поскольку СО2 мало растворяется в воде, процесс ведут под давлением 1,7-3 МПа, причем обычно применяют башни с неподвижной насадкой (большей частью из колец Рашига). Малая эффективность таких башен обусловливает их большой объем. Насадка в этих башнях забивается содержащимися в воде взвесями. Кроме того, из-за длительного времени контакта фаз происходит заметное поглощение водорода, что ведет к потере этого компонента.
Для установления возможности использования АПН вместо башен с неподвижной насадкой были проведены исследования АПН диаметром 150 мм при давлении 1,7 МПа с производственным газом [87]. В качестве насадки применяли пенопластовые четырнадцатигранники с условным диаметром 30 мм и массой 13 г. Долю свободного сечения решетки изменяли от 0,58 до 0,84, высоту статического слоя насадки - от 100 до 300 мм, ско¬рость газа - от 0,2 до 0,64 м/с (при рабочих условиях), плотность орошения - от 285 до 572 м/ч, число слоев - от 1 до 6.
С увеличением плотности орошения наблюдалось заметное повышение коэффициента извлечения СО2. Более сложное влияние оказывает скорость газа: при скорости газа ниже 0,3 м/с коэффициент извлечения повышался с увеличением скорости, а при более высоком скорости газа ее увеличение приводило к снижению коэффициента извлечения; при этом обнаруживается перс ходная область. Так, при трех слоях, плотности орошения 572 м/ч, высоте слоя 100 мм и доле свободного сечения решетки 0,84 с увеличением скорости газа 0,2 до 0,28 м/с количество поглощаемого СО2 возрасти от с 2,22 до 2,4 м3 при нормальных условиях на 1 м3 воды. В переходной области (при скорости газа 0,28-0,4 м/с) эта величина составляет 2,4-2,22, а при дальнейшем повышении скорости газа от 0,4 до 0,64 м/с количество поглощенного СО2 снижается до 1,5 м3 на 1 м3 воды. Отсюда сделан вывод, что при скоростях газа вы ше 0,3 м/с время контакта недостаточно для полного поглощения СО2 водой.
Увеличение высоты статического слоя с 100 до 300 мм привело к повышению количества поглощаемого СО2 лишь на 11% (при скорости газа 0,2 м/с, плотности орошения 572 м/ч, доле свободного сечения решетки 0,84 и трех слоях), тогда как сопротивление при этом повысилось с 19500 до 22500 Па. Поэтому не рекомендуется применять большую высоту статического слоя.
Влияние доли свободного сечения решетки незначительно. Так, при скорости газа 0,2 м/с, плотности орошения 572 м/ч, высоте слоя 100 мм и трех слоях увеличение доли свободного сечения с 0,58 до 0,84 привело к уменьшению степени извлечения с 0,785 до 0,75. Эти данные противоречат данным других работ, проведенных при атмосферном давлении со сравнительно низкими плотностями орошения; по-видимому, это объясняется именно условиями опыта. В соответствии со сказанным рекомендуется при абсорбции СО2 водой принимать максимальные значения доли свободного сечения, так как в этом случае сопротивление аппарата минимальное, я нагрузки по газу и жидкости максимальные.
Было найдено, что основная часть СО2 поглощается на нижних тарелках. При скорости газа 0,2 м/с, плотности орошения 572 м/ч, высоте слоя 100 мм, доле свободного сечения решетки 0,84 и содержании СО2 в поступающем газе 14,6% (об.) в аппарате с шестью слоямм коэффициент извлечения (поле подробно писать на почту). Потери водорода в отходящей водой составляли 3,5-8,5% (против 10% в насадочных абсорберах). Это объясняется тем, что с увеличением скорости газа в 3,3 раза и уменьшением .высоты аппарата с 16 до 3 м время контакта фаз уменьшилось в 13,2 раза по сравнению со временем в сравниваемом насадочном абсорбере.

Абсорбция СО2 раствором моноэтаноламина.

В неко-;торых работах исследовали абсорбцию СО2 водным раствором моноэтаноламина (МЭА) под атмосферным давлением. В работе исследования провощили в односекционном абсорбере диаметром 250 мм с высотой рабочей зоны 1800 мм. В качестве насадки использовали полипропиленовые и полиэтиленовые кольца размером 15x15x2, 25X25X3, и 40x40x3 мм при высоте статического слоя 225-900 мм. Скорость газа изменяли от 1 до 5 м/с, плотность орошения от 20 до ^110 м/ч, доля свободного сечения решетки была 0,3 и 0,4. Концентрацция СО2 в поступающем газе 19,4-20% (об.), концентрация МЭА в растворе 18,1-18,9%. В этих условиях -сопротивление переносу вещества сосредоточено почти полностью в жидкой фазе, так что найденные из опыта значения коэффициентов массопередачи принимали равными коэффициентам массоотдачи в жидкой фазе.
Наибольший коэффициент извлечения, достигнутый при максимальных расходах газа и жидкости, диаметре колец 40 мм и статической высоте 450 мм, составил 0,32. Коэффициент извлечения возрастает с уменьшением размеров насадки и увеличением нагрузок по газу и жидкости, а также высоты статического слоя. (подробнее пишите на почту).
В другой работе приведены результаты исследований трехсекционной колонны диаметром 300 мм (расстояние между тарелками 800 м). Насадкой служили кольца из полимерных материалов и алюминиевые кольца диаметром 30 мм (плотность соответственно 349 323 кг/м3), сплошные и дырчатые шары диаметром 37 мм (плотность соответственно 96 и 86 кг/м3). Скорость газа изменяли от 1 до 5 м/с, плотность орошения - от 70 до 150 м/ч. Высота статического слоя составляла 100 и 200 мм, свободное сечение решеток 0Г1 Средняя концентрация в поступающем газе 20,6% (об.) средняя концентрация МЭА в растворе 16,2%. Темпера тура газа 55-60 °С (результаты работы пишите на почту)

Абсорбция СО2 раствором гидроокиси натрия.

В работе приведены данные (Канада) об абсорбции СО2 водным раствором NаОН концентрацией 0,6 м в колонне сечением 0,3X0,3 м при 65 °С. Насадка состояла из полых полиэтиленовых шаров диаметром 38 мм. При концентрации СО2 в поступающем газе 12% (об.), рН поступающей щелочи 11,7 высоте статического слоя насадки 0,79 м, скорости газ, 3,5 м/с и плотности орошения 20-38 м/ч (результаты работы пишите на почту).

Применение АПН для улавливания двуокиси серы SO2

Расчеты АПН улавливания SO2 от 3000р

Использование АПН перспективно для извлечения двуокиси серы с целью санитарной очистки различных отходящих промышленных газов, в первую очередь дымовых газов тепловых электростанций, работающих на сернистом топливе. В этом случае предпосылками для применения АПН являются большие расходы газов, а также присутствие в газах золы или других твердых частиц, что приводит к забиванию большинства аппаратов других типов.

Абсорбция SО2 суспензией известняка.

Приведены результаты поглощения SО2 суспензией СаСО3 из дымовых газов электростанции, работающей на сернистом угле. Исследование проводили в аппарате диаметром 140 мм с одним слоем насадки из резиновых шаров диаметром 12 мм плотностью 1170 кг/м3. Тарелка - решетчатая, доля свободного сечения 0,6, высота статического слоя 120 мм. Скорость газа 1,5 - 5 м/с, плотность орошения 20 - 175 м,/ч. Концентрация SО2 в поступающем газе 0,12 - 0,21% (об.), концентрация СаСО3 в суспензии 100 кг/м3, рН суспензии на входе 5,4 - 6,8. Подробности по коэффициенту массопередачи пишите на почту.
Недостаток абсорбции SО2 суспензией СаСО3 заключается в низком использовании известняка, причем неиспользованный известняк переходит в шлам. Увеличение использования известняка за счет уменьшения рН суспензии ведет к ухудшению степени очистки, по-скольку повышается давление SО2 над раствором с вы соким содержанием бисульфита кальция. Для повышения степени очистки при низких рН предложено добавлять растворимые соли двухвалентного марганца, например сульфата марганца, которые являются катализатором в процессе окисления бисульфита кальция в гипс [159]. Испытания показали, что при рН>5,8 присутствие катализатора не влияет на К, что обусловлено низкой активностью катализатора в этих условиях При рН<5,8 в присутствии катализатора величина К, уменьшается не столь значительно, как в его отсутствие; при этом возрастает степень использования известняка, достигая 95% при рН = 4,5, а степень окисления сульфита кальция в сульфат составляет 98 - 99%.
Проведенные исследования позволили разработан трехступенчатую схему очистки газов от SО2 (рис. IV-8) с применением на каждой ступени однотарельчтых АПН. Процесс проводят с добавкой в раствор МnSO4 и выводом гипса. В первой ступени по ходу газа значение рН суспензии поддерживают в пределах 4 - 4,5, в последней 6 - 6,2. Абсорбция SО2 суспензией гидроокиси магния. Этот процесс получил распространение в сульфит-целлюлозном производстве. Его применяют для регенерации магнийсульфитного щелока.

Рис. IV-8 Схема поглощения SО2 известняком:
1 - 3 - абсорберы с псевдоожиженной насадкой; 4 - 6 - сборники; 7 – отстойник; 8 - насосы.
Одним из способов переработки является сжигание щелока для регенерации серы и основания (в виде МgО), а также получения пара. Из топочных газов, содержащих до 1,5% (об.) -, двуокись серы извлекают водной суспензией Мg(ОН)2 с получением сульфит-бисульфитных растворов (сырых варочных растворов), содержащих Мg(НSО3)2. В процессе абсорбции образуется также малорастворимый МgSО3 (растворимость 0,6- 1% при температурах 35-55 °С), выпадающий в осадок. Таким образом, в твердой фазе находятся Мg(ОН)2 и МgSО3, в жидкой - Мg(НSО3)2.
Испытан АПН диаметром 0,61 м и высотой 6,1 м. Абсорбер работал без рециркуляции и имел производительность 150 т пульпы в сутки. Концентрация - на входе составляла 17,5% (об.). Абсорбер состоял из четырех секций высотой по 1,22 м; в каждую был помещен слой полых полиэтиленовых шаров диаметром 38 мм. Высота статического слоя 0,38 м. Скорость газа достигала 6,1 м/с, плотность орошения - до 147 м,/ч.
В работе [86] описаны результаты изучения абсорбции раствором, содержащим гидроокись, сульфит и бисульфит магния, в колонне диаметром 250 мм и раствором аммиака в опытно-промышленном абсорбере диаметром 500 мм. В колонне диаметром 250 мм проверяли также абсорбцию одним из способов переработки является сжигание щелока для ре- раствором NаОН и водой. Колонна диаметром 500 мм работала на газе с концентрацией на входе в аппарат 6-15%; шары вини пластовые диаметром 36 мм и плотностью 448 кг/м' доля живого сечения решетки 0,5; высоту статическом! слоя насадки изменяли от 120 до 700 мм, скорость г,ч за - от 2,8 до 5,5 м/с, плотность орошения от 35 ;н> 180 м/ч/
Опыты показали, что при рН>6 процесс абсорбции SО2 раствором NаОН, раствором Мg(ОН)2, МgSО3 и Мg(НSО3)2, а также раствором аммиака, описывается единым уравнением, приведенным в табл. 111-1. При меньшем рН надо учитывать сопротивление в жидкой фазе, определенное из опытов по поглощению SО2 водой.
При поглощении SО2 водой для коэффициента маcсопередачи получено уравнение
Результаты исследований позволили рассчитать АПН для переработки 100000 м3/ч (при нормальных условиях) топочных газов, содержащих 1,5% SО2. Основные данные рассчитанного аппарата следующие (писать на почту). Проведены также исследования в абсорбере с дырчатыми провальными тарелками, для которого был приняты те же скорость газа и плотность орошения; живое сечение тарелки было принято 0,4, расстояние между тарелками 950 мм. Поскольку число единиц переноси на тарелку снижается до 0,77, число тарелок для достижения того же коэффициента извлечения (0,98) увеличили до 6. Сопротивление тарелки составило 285 Па результаты уравнения работы АПН и абсорбера с провальными тарелками показали, что в абсорбере расходится в 1,5 раза меньше электроэнергии, по высота рабочей зоны в нем в 1,5 больше. Учитывая, что АПН является самоочищающимся устройством, автор рассматриваемой работы отдает предпочтение АПН.

Абсорбция SО2 раствором гидроокиси натрия.

В работе описаны результаты поглощения в АПН двуокиси серы из газа, содержащего 14-15% (об.) SО2, раствором NaОН при скорости газа ~4,8 м/с и высоте статического слоя 400 мм. Шары - полиэтиленовые диаметром 38 мм. Температура газа на входе 85 - 88 СС, па выходе 40 - 48 °С. В результате абсорбции образовывался бисульфит натрия, причем рН вытекающей жидкости составлял 3,4 - 4,2, а ее температура была равна 40 - 46 °С. При повышении плотности орошения с 75 до 122 м/ч коэффициент извлечения возрастал (подробнее пишите на почту). В другой работе исследовали абсорбцию SО2 раствора из NаОН и Nа2SО3 в колонне диаметром 200 мм с двумя слоями насадки из полипропиленовых шаров диаметром 20 мм, плотностью 266 кг/м3 при высоте статического слоя 270 мм. Скорость газа изменяли от 1,7 до 2,8 м/с, плотность орошения - от 39,5 до 93,5 м/ч. Концентрация SО2 в поступающем газе составляла 0,4% (об.), концентрация активного компонента в жидкости 1 - 2,5 кг-экв/м3, температура 25 СС.
а = 1 - С/В0
где С - общая концентрация SО2 в растворе, кмоль/м3; Во - начальная концентрация активного компонента поглотителя, кг-экв/м3
В этой работе определяли коэффициент массопередачи, отнесенный к единице поверхности контакта, причем последнюю рассчитывали по данным работы, рассмотренным в разделе 111.2. Протекание процесса абсорбции определялось величиной а=1 соответствует чистый NаОН, значению a=0,5 отвечает Nа2SO3, а значению а = 0 соответствует NаНSО3, в зависимости от значения а наблюдали четыре различные области:
I - величина а изменяется от 1 до 0,65 (рН>11) В этой области коэффициент массопередачи не зависит от Во и а и все сопротивление сосредоточено в газовой фазе. Коэффициент извлечения составляет 0,96-0,98;
II - величина а изменяется от 0,65 до 0,35 (рН от 11 до 6,7). В этой области наблюдается сильная зависимость коэффициента массопередачи и коэффициент извлечения от а. При уменьшении рН коэффициент из влечения падает, достигая минимума при а = 0,45 (рН~7) и при дальнейшем уменьшении рН возрастает до 0,94-0,96;
III - величина а изменяется от 0,35 до 0,15 (рН от 6,7 до 6). Коэффициенты массопередачи и извлечения сохраняют примерно постоянное значение, не зависящее от а, но несколько более низкое, чем в области 1;
IV - величина а изменяется от 0,15 до 0 (рН<[6) В этой области наблюдается быстрое снижение коэффициентов массопередачи и извлечения с уменьшением а
Для I и III областей, где значение коэффициент массопередачи не зависит от а, получено уравнение причем для области I (поглощение раствором NаОН) Ф=1, а для области III (поглощение раствором Nа2SО3) Ф = 0,886.

Абсорбция SО2 растворами соды и сульфита натрия

Абсорбцию SО2 раствором соды проводят с целью получения сульфита или бисульфита натрия. При получении бисульфита можно также исходить из готового раствор, сульфита.
Сообщается о разработке АПН для получения сульфитных щелоков фирмой (Монреаль, Канада) и о работе трехтарельчатого абсорбера диаметром 0,35 м и высотой 4,8 м и, предприятии этой фирмы в Трентоне (провинция Онтарио, Канада). Скорость газа 2,5-5 м/с, плотность орошения 56 м/ч, гидравлическое сопротивление 2500 П.ч Колонна с насадкой из колец Рашига для этих же условий имела диаметр 1,2 м и высоту 9 м.
Описано применение АПН для абсорбции SО2 в процессах получения бисульфита и пиросульфита натрия. Исследования проводили в колонне диаметром 200 мм с тремя слоями насадки из пенополиэтиленовых шаров диаметром 25 мм плотностью 375 кг/м3. Решетки имели долю свободного сечения 0,3 (диаметр отверстий 11,5 мм). Скорость газа при получении бисульфита натрия изменяли от 2,4 до 2,9 м/с, а при получении пиросульфита натрия от 2,6 до 3 м/с (подробнее пишите на почту)
При получении бисульфита SО2 поглощали раствором сульфита натрия. В этом случае опыты проводили при одном, двух и трех слоях насадки. При одном и двух слоях высоту статического слоя насадки изменяли от 100 до 350 мм, а при трех слоях она составляла ~200 мм. (размеры колонн и коэффициент массопередачи пишите на почту)
При получении пиросульфита насыщенный раствор бисульфита натрия смешивали с водой; абсорбцию SО2 проводили сульфит-бисульфитной пульпой по реакции Исследование проводили в колонне с тремя слоями насадки при высоте статического слоя 200 мм. С увеличением скорости газа с 2,6 до 3 м/с (подробнее пишите на почту)
В работе [164] описана полупромышленная установке! для абсорбции SО2 из отходящих газов производства бисульфита натрия. Содержание SО2 в поступающем газе составляло 0,1 - 1,2% (об.). Абсорбцию вели циркули¬рующим содово-сульфитным раствором, содержащим от 7 до 22,5% Na2СО3 и от 15 до 0% Nа2SО3, в односекционном АПН диаметром 420 мм. Доля свободного сече¬ния решетки составляла 0,4. Насадка состояла из полых полиэтиленовых шаров диаметром 38 мм массой 4,1 - 4,2 г каждый. Высота статического слоя 400 мм;' скорость газа изменяли от 3 до 4,2 м/с, плотность орошения - от 2 до 20 м/ч. (подробнее о результатах опыта пишите на почту)

Абсорбция SО2 растворами сульфита-бисульфита аммония. Описано применение японской фирмой «Исикавадзима Харима Дзюкогё Кабусики Кайся» двух последовательно установленных АПН диаметром 2,14 м для улавливания SО2 из выхлопных газов сернокислотного завода, производящего серную кислоту контактным способом. Производительность по газу 100000 м3/ч. Температура газа 60°С; концентрация в поступающем газе SО2 составляет 0,3-0,45%; скорость газа 7,7 м/с. Для орошения применяют растворы сульфит-бисульфита аммония, причем в первом по ходу газа однотарельчатом абсорбере рН раствора поддерживается равным 5, а во втором двухсекционном абсорбере - равным 5,5-6. Степень извлечения SО2 составляет около 95%. Мате¬риал абсорбера - сталь, покрытая винипластом.

Применение АПН для теплообмена

Расчеты АПН для теплообмена от 3000р

АПН довольно широко применяют в процессах теплообмена между газом (воздухом) и жидкостью (главным образом, водой) при непосредственном контакте.
Сообщается об использовании АПН диаметром 1,07 м в качестве вторичного конденсатора для охлаждения парогазовой смеси, выделяющейся из котла для варки целлюлозы, на бумажной фабрике в Корнуолле (провинция Онтарио, Канада). Аппарат имеет один слой насадки высотой статического слоя 380 мм из полипропиленовых шаров (38 мм). Конденсатор работает при переменном режиме; массовая скорость парогазовой смеси изменяется от 90 до 18400 кг/(м2/ч), при этом температура газа на входе составляет 66-100°С, на. выходе 27,8-35°С. Плотность орошения колеблется в пределах 117-182 м/ч. Температура поступающей воды 26,7-27,8 °С, уходящей 27,2- 81,1°С. При изменении массовой скорости парогазовой смеси в указанных пределах коэффициент теплопередачи, отнесенной к единице площади опорной решетки, для передачи «физического» тепла изменяется от 0,34 до 51 кВт/(м2-К), для суммарной передачи тепла - от 5 до 1300 кВт/(м2-К). Столь значительные колебания коэффициента теплопередачи можно, по-видимому, объяснить тем, что при малых массовых скоростях насадка остается в неподвижном состоянии и псевдоожижается лишь при больших массовых скоростях. Вероятно, наиболее характерным режимом следует считать массовую скорость 18400 кг/(м2-ч), когда коэффициенты теплопе¬редачи достигают максимальных значений из приведенных выше.
Приводятся примеры применения АПН для охлаждения жидкостей и газов японской фирмой «Исика-вадзима Харима Дзюкогё Кабусики Кайся». На цинковом заводе АПН используется для охлаждения электроохлаждения применяют воздух с температурой мокрого термометра 23 °С. АПН имеет внутренний диаметр 2,14 м, плотность орошения 165 м/ч, число ступеней - одну, коэффициент теплопередачи 80-116 кВт/(м2-К).
На рис. IV-9 показана схема промывки и охлаждения газа с применением АПН, используемая при производстве серной кислоты контактным способом [151]. После очистки в циклоне 1 и увлажнения в полой башне 2 газ поступает в конденсационную башню 3, в которой охлаждается и очищается от пыли, затем газодувкой 5 направляется на дальнейшую переработку. Башня 3 орошается циркулирующей кислотой, которая после выхода из этой башни направляется в отдувочную башню 4 для отдувки SО2 и далее в башню 6 для охлаждения кислоты, затем возвращается на орошение башни 3.
Воздух для охлаждения кислоты от отдувки SО2 подается вентилятором 7 Отработанный воздух из башни выбрасывается в атмосферу, а SО2 из башни 4 вместе воздухом подается в основной поток газа перед газодувкой. Башни 3, 4 и 6 являются АПН. Приводятся некоторые данные о работе башни 3: расход газа 44000 м3/ч, температура газа на входе 100 °С, на выходе 60 °С, температура мокрого термометра 72 °С, температура охлаждающей кислоты 40 °С. Башня - двухступенчатая внутренним диаметром 1,7 м; футерована свинцом и кислотоупорным кирпичом; насадка из полипро пилена, скорость газа 5,4 м/с, степень улавливания пыли превышает 90%.

Применение АПН для ректификации

Расчеты АПН для ректификации от 3000р

Поскольку в АПН увеличение массопередачи связано с ростом гидравлического сопротивления, применение АПН для проведения абсорбции (при давлениях, близких к атмосферному) требует технико-экономического анализа, так как в некоторых случаях возрастание гидравлического сопротивления и соответствующее увеличение расхода энергии может быть нецелесообразным. Поэтому АПН следует применять преимущественно для загрязняющих сред в тех случаях, когда другие аппараты становятся- непригодными. Для чистых сред применение АПН не всегда целесообразно. В то же время при ректификации (кроме случаев вакуумной ректификации) некоторое повышение сопротивления не является нежелательным, и поэтому применение АПН для ректификации представляется весьма перспективным.
Лабораторные исследования по ректификации в АПН проводили в стеклянной колонне диаметром 80 мм с тремя тарелками щелевого типа (доля свободного сечения 0,4, ширина щели 2 мм). Шары - полые фторопластовые диаметром 10 мм и плотностью 600 кг/м3. Высота слоя на первой и третьей тарелках составляла 50 мм, на второй (средней) тарелке ее изменяли от 50 до 100 мм. Ректификации подвергали смесь этанол-вода с содержанием 3-5% (масс.) этанола при полном возврате флегмы. Скорость пара ее рассчитывали по концентрации этанола в верхней части колонны, где концентрация составляла 60-66% (мол.)] изменяли от 1 до 6 м/с. Результаты оценивали эффективностью тарелки (средней) по Мерфри; эффективность возрастала с увеличением скорости пара и высоты статического слоя. Опыты показали, что АПН превосходят тарельчатые и насадочные колонны в 5-6 раз по производительности и в 3-4 раза по эффективности.
В другой работе [68] исследовали односекционную колонну диаметром 45 мм и четырехсекционную колонну диаметром 54 мм. В качестве насадки применяли полы стеклянные шарики диаметром 6-8 мм и плотностью 700 кг/м3. Доля живого сечения решетки составлял, 0,21-0,65, высота слоя 30-110 мм. Скорость пара изменяли от 0,5 до 4 м/с. Опыты проводили как с полным возвратом флегмы, так и с выводом дистиллята. Ректификации подвергали смеси дихлорэтан-толуол, метилэтилкетон-толуол, толуол-бутанол, этанол-бутанол и этанол-вода
Критерий Рейнольдса для пара Reп рассчитывали по скорости пара и диаметру шара.
В работе изучали трехсекционную колонну диаметром 100 мм с насадкой из сплошных полиэтиленовыл шаров диаметром 8 мм и плотностью 910 кг/м3. Доля живого сечения решетки составляла от 0,23 до 0,47 при ширине щели 2 мм или 0,59 при ширине щели 4 мм Высота статического слоя составляла 48-128 мм. Ско рость пара изменяли от 0,5 до 9 м/с, плотность орошения - от 3 до 48 м/ч. Ректификации подвергали смеси метанол-вода, этанол-вода и пропанол-вода, а так же тройную смесь ацетон-и-пропилбензол-фенол.
С целью исследования работы АПН под вакуумом и под давлением проведены опыты по отгонке ацетона в указанной выше тройной смеси под вакуумом ректификации смеси пропан - пропилен под давлением. Отгонку ацетона проводили на описанной выше копонн диаметром 100 мм при остаточном давлении ~4 кПа и полном возврате флегмы. Насадкой служили полые стеклянные шары диаметром ~13 мм и плотностью 850 кг/м3. Доля свободного сечения решетки составляла 0,47, высота статического слоя 100 мм. Проведенные при тех же условиях опыты с неподвижной насадкой из колец Рашига размером 15x15x2 мм показали, что производительность АПН в 2 раза выше производительности насадочной колонны.
Ректификацию смеси пропан-пропилен проводили в двухсекционной колонне диаметром 130 мм под давлением 1,3 МПа при полном возврате флегмы. Насадка состояла из полиэтиленовых шаров диаметром 8 мм, доля свободного сечения решетки была 0,6, высота статического слоя 100 мм, скорость пара 0,5 м/с. В этих условиях производительность АПН диаметром 130 мм эквивалентна производительности провальной тарелки диаметром 390 мм с долей свободного сечения 0,1.
Сообщается [123] о промышленной колонне диаметром 600 мм для разделения изобутан-изобутиленовой фракции под давлением 0,4-0,6 МПа. Колонна имела 24 тарелки. Насадкой служили капроновые шары диаметром 37 мм и плотностью 450 кг/м3. Тарелки были перфорированными с долей свободного сечения 0,4, диа¬метр отверстий 12,5 мм. Высоту статического слоя при испытаниях меняли от 90 до 220 мм. Расстояние между тарелками было равно 600 мм. Большая часть опытов была проведена при полном возврате флегмы, причем эффективность процесса оценивали по к.п.д. колонны (отношение числа теоретических тарелок к числу действительных). При Н= 220 мм максимальный к.п.д, соответствовал скорости пара 0,5-1,2 м/с и достигал 0,46-0,48. При дальнейшем повышении скорости пара до 2,1 м/с к.п.д. уменьшается до 0,41, а затем резко падал до 0,1 при скорости выше 2,7 м/с. Авторы работы предполагают, что это вызывается «прилипанием» насадки к верхней решетке при ограниченной высоте секции. При Н=150 мм, когда возможна более высокая степень расширения слоя, с повышением скорости пара от 0,6 до 2 м/с к.п.д. колонны увеличивался от 0,42 до 0,52-0,53. При дальнейшем повышении скорости пара к.п.д. несколько снижался. На основании сказанного рекомендуется скорость пара 2 м/с при высоте слоя 150 мм; при этом к.п.д. колонны составляет 0,5-0,52. Эти результаты сравниваются с данными для колонны с колпачковыми тарелками, в которой при том же процессе достигается к.п.д. 0,34 при скорости пара 0,4-0,45 м/с.