Эволюция абсорбционной аппаратуры в производстве ми­неральных удобрений непосредственно связана с общими тен­денциями развития технологии — с созданием безотходных или малоотходных систем большой единичной мощности. Увеличе­ние единичных мощностей установок и концентрации произ­водств на промышленных площадках, расположенных, как пра­вило, в густонаселенных регионах страны, требует создания но­вой, более эффективной абсорбционной аппаратуры, рассчитан­ной на достаточно глубокую очистку больших объемов отходя­щих газов.

Если 15—20 лет тому назад количество отходящих газов от одной технологической линии, например простого или двойного суперфосфата, не превышало 30—40 тыс. м3/ч, то в настоящее время эксплуатируются мощные установки по производству фосфорных и сложных удобрений (двойной суперфосфат, аммо­фос, нитроаммофоска и др.), в которых на очистку поступает до 150—200 тыс. м3/ч отходящих газов.

Ранее для улавливания фтористых соединений из отходя­щих газов использовали горизонтальные абсорберы с разбрыз­гивающими валками и вертикальные полые башни с распы - .ливающими форсунками. В настоящее время их вытеснили бо­лее производительные и эффективные форсуночные а б с о р б е-

РИС. 8-2. Бесфорсуночный абсорбер Вентури:

1 — корпус; 2— сепаратор; 3 — циркуляционная труба; 4 — затвор

ры Вентури, которые работают при больших скоростях газа (20—30 м/с и выше).

Газ и жидкость в них поступают прямо­током. Они могут быть с центральным или периферийным вводом жидкости. Рабочий объем абсорберов Вентури состоит из су­жающейся части (конфузора), узкой горло­вины и расширяющейся части (диффузора).

При периферийном вводе орошающую жид­кость подают в горловину через форсунки (сопла), расположенные по ее окружности.

Газожидкостная смесь поступает сначала в диффузор, где ее скорость посте­пенно снижается, далее — в сепарационное устройство, отделяющее жидкость от газа.

Абсорберы Вентури могут быть и бесфорсуночными (рис. 8-2), их сопротив­ление составляет 1,2—1,5 кПа (120—150 мм вод. ст.), степень улавливания фтора — 75—85%.

Абсорбционные установки включают несколько ступеней абсорберов Венту­ри с сепарационными камерами и занимают значительную площадь. Кроме того, одним из их недостатков является необходимость использования насосов для подачи больших количеств орошающей жидкости, например гексафтор - кремниевой кислоты, обладающей высокой коррозионной активностью.

Другой разновидностью скоростных распыливающих абсор­беров типа трубы Вентури являются аэромиксы, для кото­рых не требуются насосы для перекачивания орошающей жид­кости (рис. 8-3). Эти аппараты используют на нескольких оте­чественных технологических линиях производства двойного су­перфосфата, а также в ряде других производств при количест­ве отходящих газов до 50 тыс. м3/ч.

В аэромиксе газ движется снизу вверх; орошающую жидкость танген­циально вводят в зоне горловины. Скорость газового потока составляет 25— 40 м/с, сопротивление абсорбера не превышает 1,4—1,6 кПа, степень улавли­вания фтористых соединений достигает 80%. Выходящий из диффузора газо­жидкостный поток поступает в брызгоуловитель и далее в сепаратор, в кото­ром скорость потока снижается до 1,4—2,0 м/с. При этой скорости достаточно полно происходит отделение жидкости от газа. Орошающая жидкость соби­рается в нижней части сепаратора. Через сливной штуцер ее направляют в сборник и на орошение абсорбера или выводят из системы. Расход орошающей жидкости в аэромиксе обычно составляет 3—5 дм3 на 1 м3 газа.

Для очистки больших количеств отходящих газов (100 тыс. м3/ч и более от одной технологической линии) до предельно допустимых концентраций по содержанию фтора (5—10 мг/м3) используют более интенсивные и эффективные абсорбционные аппараты: абсорберы с подвижной (например, кольцевой) насадкой и скоростные пенные абсорберы [302, 303].

1 — горловина; 2 —диффузор; 3— сепаратор: 4 — крышка сепаратора; 5, 7 —сливные штуцера; 6 — брызгоотделитель

Абсорбер с подвижной (кольцевой) насадкой (АПКН) [302] представляет собой цилиндрический аппарат, разделенный на три камеры (рис. 8-4, с).

Газ поступает в нижнюю камеру, в которой равномерно распределяется по сечению. Нижнюю и среднюю камеры разделяет опорно-распределительная решетка с живым сечением около 50%, на которой расположен слой кольце­вой насадки. Для изготовления колец насадки используют различные полимер­ные материалы, стойкие в орошающей жидкости (полипропилен, пенопласт и др.). Неподвижный слой насадки составляет 0,15—0,20 м. Насадка псевдо­ожижается в объеме средней камеры при скорости газа примерно 4—5 м/с. Для предотвращения уноса насадки средняя камера отделена от верхней ограничительной решеткой с живым сечением 80—85%.

Орошающая жидкость и газ поступают в аппарат противотоком и взаимо­действуют в объеме средней камеры, где развивается большая поверхность контактирования. Затем газ поступает в верхнюю камеру с сепаратором, от­куда его направляют либо в атмосферу, либо на следующую ступень очистки. Жидкость через штуцер выводят из нижней части аппарата. Скорость газа в рабочей камере аппарата изменяется в пределах от 4,5 до 11,0 м/с, плот­ность орошения абсорбера поддерживается в пределах 50—70 м8/(м2-ч).

Аппарат АПКН выполняют часто в виде многоступенчатой колонны (2—

3 ступени очистки) с самостоятельными циклами орошения. Эти аппараты обеспечивают достаточно высокую эффективность абсорбции и при работе без насадки; для этого необходимо увеличить кратность циркуляции жидкости и обеспечить высокую плотность орошения (создать пенный слой). Степень улав­ливания соединений фтора в АПКН достигает 98—99%.

Абсорбер пенный скоростной (АПС) [303] пред­ставляет собой цилиндрический корпус, в котором установлена цилиндрическая перегородка с переливными трубами и кон­тактным патрубком, снабженным центробежным завихрителем (рис. 8-4, б).

Газ поступает в нижнюю (газораспределительную) камеру абсорбера,

а жидкость из кольцевой камеры по переливным трубам стекает под нижний срез контактного патрубка и увлекается восходящим потоком газа.

Газожидкостная смесь, образованная в контактном патрубке, представля­ет собой пенный слой. Отделение газа от жидкости осуществляется в центро­бежном завихрителе, в котором жидкость тангенциальным потоком отбрасы­вается к внутренней стенке сепарационной камеры и стекает вниз, а газ на­правляют на следующую ступень очистки или выбрасывают в атмосферу.

Плотность орошения в контактном патрубке поддерживают в пределах 150—250 м3/(м2-ч). Аппарат АПС может работать без циркуляционного на­соса и с небольшим количеством подаваемой на подпитку свежей жидкости, так как в нем достигается интенсивная внутренняя циркуляция раствора.

По аналогии с аппаратом АПКН аппарат АПС часто представляет собой многоступенчатый абсорбер. Скорость газа в сечении контактного патрубка может изменяться в широких пределах (14—25 м/с). Сопротивление односту-

РИС. 8-4. Абсорберы;

пенчатого аппарата АПС составляет 1,25—1,55 кПа, степень улавливания со­единений фтора в установках с АПС достигает 98—99%.

В отличие от аппаратов АПС, в которых создается динамич­ный пенный слой газожидкостного потока, циркулирующего в - контактном патрубке, большое распространение на практике получили пенные аппараты со стабилизированным слоем пены (ПАСС) [304]. Конструкции пенных аппаратов типов ПА и ПАСС обеспечивают их работу как с перекрест­ным током газа и жидкости (при отводе жидкости с решетки через переливные устройства), так и с противотоком газа и жидкости (при протекании всей жидкости через отверстия ре­шеток) .

Основным конструктивным элементом пенного аппарата яв­ляется решетка, которая вместе с находящимся на ней пенным слоем называется полкой [305]. По числу полок различают од­но - и многополочные пенные аппараты, а по способу отвода жидкости с решетки — аппараты с переливными устройствами и противоточные.

Пенный аппарат с переливными устройствами (рис. 8-5) представляет собой вертикальный корпус, в котором расположена одна или несколько горизонтальных решеток (перфорированный лист с равномерно рас­положенными отверстиями круглой или щелевидной формы). Свободное сече­ние решетки в зависимости от заданного режима работы аппарата и конфигу­рации отверстий выбирают в пределах 10—40%.

Над решеткой создается пенный газожидкостной слой, в котором газ дви­жется снизу вверх, а жидкость — по горизонтали вдоль решетки. В пенном аппарате такого типа не исключена вероятность провала жидкости через от­верстия решетки и уноса брызг с потоком газа.

Пенные аппараты с противотоком газа. и жидкости характерны тем, что в них отсутствуют переливы, и вся жидкость, поступающая на решетку, про-

f Жидкость 5

РИС. 8-6.

Интенсифицированный пенный аппарат: а — с одним стабилизатором (ПАСС-1); б —с двумя стабилизаторами (ПАСС-2);

1 — корпус; 2 — рабочая противоточная решетка;

3 — стабилизатор пены;

За — дополнительный стабилизатор;

4 — брызгоуловитель; 5 — устройство для орошения; 6 — диффузор

резервов интенсификации пенных аппаратов считают [9] увеличение диаметра отверстий решетки. В пенных аппаратах с крупнодырчатыми решетками взаи­модействие фаз имеет отличительные особенности. С повышением скорости га­за возникает вторичное пенообразование за счет развитого вихревого взаимо­действия фаз уже в самом отверстии.

Пенный аппарат со стабилизатором слоя имеет вертикальный корпус, в котором установлена горизонтальная решетка противоточного типа. На решетке размещен стабилизатор пены, представляющий собой ячеистую решетку из вертикально расположенных пластин. Газ поступает в подреше­точное пространство, проходит решетку, на которой за счет взаимодействия газа с орошающей жидкостью создается пенный слой. Очищенный газ пропу­скают через брызгоуловитель и удаляют из аппарата через верхний штуцер. Жидкость протекает через отверстия решетки и выходит из аппарата через сливной штуцер.

В аппаратах пенного типа развивается большая поверхность контакта фаз, приходящаяся на единицу площади решетки. Особенно это проявляется при повышенных скоростях газа (более 3 м/с для аппаратов ПАСС) для наи­более интенсивных крупнодырчатых решеток. Поверхность контакта фаз на единицу площади решеток А (м2/м2) предлагают [305] определять по следую­щим формулам:

для мелкодырчатой решетки

Л =496fr0'15A0'4S_2'15do0,14P»-1,

для трубчатой решетки

A=809t>r0'15A0>45S-2’4dTp-0-1piK-1'25, (8-2)

для крупнодырчатой решетки

Л = 19,6- 103t)r1,36A0'5S-2-47d30'8p*_1'25, (8.3)

где vT — скорость газа в полном сечении аппарата, м/с; L — плотность ороше­ния, м3/(м2-ч); S — свободное сечение решетки, %; d0, dTP, d3— диаметр от­

верстий в решетке, диаметр труб решетки и эквивалентный диаметр отверстий ; в решетке, м; рж — плотность жидкости, кг/м8.

Абсорбцию фторсодержащих газов с малой концентрацией! фтора (до 1 г/м3), как правило, ведут водой или раствором гексафторкремниевой кислоты концентрацией менее 1 % H2SiF6. Применение для этой цели аппаратов типа абсорберов прямоточных скоростных (АПС) или пенных аппаратов со ста­билизированным слоем (ПАСС) обеспечивает высокую сте­пень очистки газов и эффективность абсорбции (96,0—99,5%).

При этом следует иметь в виду, что при высокой степени очистки фтористых газов интенсивные аппараты типа АПС обеспечивают более надежную их эксплуатацию; они не под­вержены зарастанию и образованию отложений кремнефтори - дов. К недостаткам аппаратов ПАСС относятся повышенный брызгоунос и большая вероятность зарастания рабочих поверх­ностей кремнефторидами.

При сравнении абсорбции аммиака водой в обычных аб­сорбционных аппаратах и интенсивных аппаратах (АПС и ПАСС) также отмечается повышение надежности работы по­следних и некоторое повышение степени абсорбции в них. Сравнение процессов абсорбции аммиака с использованием различных абсорбентов свидетельствует о большой эффектив­ности очистки растворами фосфорной кислоты и фосфатов ам­мония. В аппаратах АПС и ПАСС степень абсорбции аммиака, при использовании растворов фосфатов аммония достигает! 98—99% при pH пульпы 1,4.

При очистке отходящих газов, наряду с аммиаком содержа­щих фтористые соединения, эффективность абсорбции которых при уменьшении pH снижается, необходимо использовать рас­творы фосфатов аммония с pH от 3 до 5. При этом в аппаратах 1 АПС и ПАСС обеспечиваются приемлемые степени абсорбции " по аммиаку (80—90%) и по фтористым соединениям (70- 80%).