Аппараты пенного типа и полочного
Устройство пенных аппаратов основано на образовании водовоздушной эмульсии путем пропуска под давлением через слой воды потока воздуха. При этом возникает весьма сложное турбулентное движение масс воды и воздуха с непрерывно обновляемой хорошо развитой поверхностью контакта, что способствует интенсификации процессов тепло- и массообмена. В пенных аппаратах, широко используемых в химической промышленности, осуществляется взаимодействие различных газов и жидкостей.
В настоящее время находят применение три разновидности этих аппаратов: аппарат полочного типа, циклонно-пенный аппарат, предложенный С. А. Богатых, и ударно-пенный аппарат, разработанный в ВВИТКУ.
Пенный аппарат полочного типа
Пенные аппараты полочного типа могут быть однополочными (рисунок 1) и многополочными (рисунок 2). Они широко применяются в химической технологии и весьма детально исследованы.
Принцип работы однополочного пенного аппарата заключается в следующем. Поступающий снизу через отверстия в решетке воздушный поток встречает слой воды, которая подается на решетку через специальную водораспределительную коробку. Выходящие из отверстий решетки воздушные струи пронизывают слой воды, что ведет к образованию весьма подвижной водовоздушной эмульсии, или пены, в которой и происходят процессы взаимодействия воздуха и воды. Воздух после выхода из слоя пены приобретает нужные параметры и направляется вверх.
Рисунок 1. Пенный аппарат полочного типа (однополочный):
У - патрубок для удаления воды; 2 - воздухоподающий патрубок; 3 - поддон; 4 - водораспределительная коробка; 5 - решетка; 6 - патрубок для выхода обработанного воздуха; 7 - корпус аппарата; 8 - переливной порог; 9 - коробка для слива воды: 10 - патрубок для отвода воды
Водовоздушная эмульсия (пена) удаляется с решетки через специально устраиваемый порог в сливное отверстие, расположенное на некоторой высоте от поверхности решетки. Высота расположения сливного отверстия и его размер устанавливаются и регулируются порогом и заслонкой, что позволяет поддерживать определенный уровень пены на решетке. Перелившаяся через порог пена разрушается в пенной камере, использованная вода поступает в отводную трубу. Часть воды (весьма малая при хорошо отрегулированном процессе) проваливается через отверстия в решетке в нижнюю часть пенного аппарата, откуда отводится в канализацию или идет на обработку (например, на охлаждение в холодильной машине). Для выравнивания поступающего на решетку воздушного потока часто устанавливаются дополнительная решетка или направляющие лопатки.
Многополочный аппарат.
Многополочный аппарат представляет собой колонну с несколькими расположенными одна под другой решетками. Воздух поступает снизу и проходит последовательно все решетки, начиная с самой нижней. Вода подается отдельно на каждую решетку или только на верхнюю с последующим перетеканием на остальные. Основным рабочим элементом пенного аппарата полочного типа является решетка, отверстия в которой бывают прямоугольными, круглыми или треугольными.
От правильного выбора решетки зависит качество пены. При большом расстоянии между отверстиями и малой величине живого сечения решетки газ (воздух) может прорываться через слой жидкости (воды) отдельными струями без образования пены.
В случае большой величины живого сечения образуется малоподвижная крупноячеистая пена.
Хорошая пена получается при живом сечении решетки в пределах 10 - 8%. Скорость воздуха в отверстиях решетки должна быть не менее 9 - 10 м/сек и обычно не превышает 18- 20 м/секунд. Если скорость воздуха в отверстиях решетки снижается ниже указанных предельных значений, это приводит к существенному увеличению количества провалившейся через решетку воды, что снижает полноту ее использования. Превышение скорости воздуха ведет к возрастанию аэродинамического сопротивления аппарата.
Рисунок 2. Пенный аппарат полочного типа (многополочный):
1 - коробка для подачи воды на нижнюю решетку; 2 - коробка для слива воды со средней решетки; 3 - решетка
Наряду со скоростью в отверстиях решетки важным фактором является скорость воздуха в полном сечении аппарата. От величины этой скорости зависит подвижность пены и ее структура. Пена начинает образовываться при скорости воздуха порядка 0,5 м/секунд. С увеличением скорости растет подвижность пены, которая приобретает крупноячеистую структуру.
При скорости воздуха в сечении аппарата порядка 3,5 м/сек начинается значительный брызгоунос, поэтому ее следует ограничивать величиной 3,0 м/секунд. Высота пены в аппаратах полочного типа обычно колеблется в пределах 150-300 мм, при этом относительная влажность воздуха, покидающего аппарат, равна 90-95%.
