Үшінші режим – эмульгациялау режимі- қондырманың бос көлемінде сұйықтықтың жиналуы нәтижесінде пайда болады. Сұйықтықтың жиналуы төмен ағып жатқан сұйықтықпен бағана бойымен көтерілетін газ арасындағы үйкеліс күші саптамадағы сұйықтықтың ауырлық күшімен теңеспегенше жүреді. Осы кезде фазалардың айналуы немесе инверсиясы (сұйықтық тұтас ваза , ал газ дисперсті фаза болады) пайда болады. Сыртқы көрінісі бар блтажды қабатқа немесе газ сұйықтың дисперсті жүйесі түзіледі. Эмульгациялау режимі толтыру тығыздығы бағаннан қыймасы бойынша бір келкі болмайтын саптамманың тар ұшында басталады. Газ беруінің тиянақты қадағалау арқылы эмульгациялау режимі саптаманың бүкіл биіктігі бойынша орын алу мүмкін. Осы кеде бағананың гидрабликалық кедергісі күрт өседі (XI -13 суретте бұл режим вертикальді кесінді ВС сипатталған)
Эмульгациялау режимі қондырмалы бағаналардың максималды эффективтілігіне сәйкес келеді, бұл негізінде осы жағдайда тек қондырманың геометриялық бетімен ғана емес, қондырманың бүкіл бос көлемін толтыратын сұйықтағы газдың ағындары мен көпіршіктерінің бетімен анықталатын фазалар беттесу бетінің өсуі есебінен болады. Алайда, бағана мұндай режимде жұмыс істегенде оның гидравликеалық кедергісі салыстырмалы үлкен болады.
Егер гидравликалық кедергінің өсуі аса маңызды болмаса, іліну және эмульгациялау режимдерінде жұмыс істеу мақсатты. Атмосфералық қысымда жұмыс істейтін абсорберлер үшін гидравликалық кедергі өте үлкен болуы мүмкін, бұл қабықшалы режимде жұмыс істеу қажеттілігін туғызады. Сондықтан әрбір дербес жағдайда эффективті гидродинамиканың режимді тек техникалық экономикалық есептеу жолымен ғана орнатуға болады.
Кәдімгі қондырмалы бағаналарда эмульгациялау режимін сақтау өте қиын. Эмульгациялық деп аталатын батырылған қондырмасы бар қондырмалы бағаналардың арнайы құрылғысы болады (ХІ-14-сурет). Қабықшалы режимдерде жұмыс істейтін саптамалы абсорберлердің жүктелу шегі эмульгациялау немесе инверсия нүктесі болып табылады. Кәдімгі қондырмалы бағаналарда эмульгациялау режимі тұрақсыз болады және бірден алқынып кетеді. Сондықтан осы нүктені қондырмалы бағаналардың алқыну нүктесі деп атайды.
Төртінші режим – алып кету немесе газ ағынымен аппараттан шығарылатын сұйықтықтың қайтымды қозғалыс режимі. Бұл режим практикада пайдаланбайды.
Қондырмаларды таңдау. Қондырма эффективті жұмыс істеу үшін ол келесі талаптарды қанағаттандыру керек: - көлем бірлігінде үлкен бетке ие болу; - суландырғыш сұйықтықпен жақсы сулану керек; - газды ағынға аз гидравликалық кедергі көрсету; - суландырғыш сұйықтықты бірқалыпты үйлестіру; - бағанада қозғалатын сұйықтық пен газдың химиялық әсеріне тұрақты болу; - аз үлесті салмаққа ие болу; - жоғары механикалық беріктігіне ие болу; - арзан болуы керек. Аталған талаптардың толығымен қанағаттандыратын қондырмалар жоқ, себебі, мысалы, қондырманың меншікті бетінің ұлғаюынан аппараттың гидравликалық кедергісінің өсуі және шекті жүктеулердің азаюы тундайды.
Өнеркәсіпте нақты абсорбциялық процесті өткізгенде негізгі болып табылатын талаптарды айтарлықтай қанағаттандыратын өлшемі мен пішіні әртүрлі саптамаларды қолданады (XI-15 суреті). Қондырмаларды әртүрлі материалдардан жасайды (қыш, фарфор, болат және т.б) Оларды таңдау қондырманың меншікті бетіне, сулануына және коррозияға тұрақтылығына байланысты жүргізіледі.
Қондырма ретінде өлшемі 25-100 мм бағанаға салынатын кокс немесе кварц кесектерін пайдаланады. Алайда бір қатар кемшіліктер салдарынан кесекті қондырманы қазіргі кезде сирек қолданады.
Қабырғасы жіңішке керамикалық сақиналар түріндегі, биіктігі 15-150 мм шегінде ауысатын диаметрге тең сақиналар (Рашиг сақинасы) кең тараған. Өлшемі кіші сақиналар абсорберді үйіндімен көшеді (ХІ-15-сурет,а). Үлкен сақиналар (өлшемі 50x50 мм-ден кем емес) бір-біріне қатысты жақындатылған дұрыс қатарлармен орналастырады (ХІ-15-сурет,б).
Аппаратты қондырмамен толтырудың бұл әдісі жатқызуға жүктеу деп аталады, ал осы әдіспен жүктелген қондырманы регулярлы деп атайды. Регулярлы қондырма абсорберге үйіндімен енгізілген регулярлы емес қондырмаға қарағанда бірқатар артықшылықтарға ие, оның гидравликалық кедергісі төмен және газдың үлкен жылдамдықпен қозғалуына мүмкіндік береді.
Алайда, регулярлы қондырмалардың сулануын жақсарту үшін құрылысы күрделірек суландырғыштарды пайдалану керек. Хордалы ағаш саптама (ХІ-15-сурет,ж), әдетте диаметрі үлкен абсорберлерде қолданылады. Оның негізгі артықшылығы – кіші меншікті беті мен кіші бос көлемі.
Соңғы жылдағы металл ленталар мен сымдардан жасалған спиральдық қондырмалар, әртүрлі металл торлы қондырмалар (ХІ-15-сурет, д) және де шыны талшықтан жасалған қондырмалар қолданыла бастады.
Қондырманың өлшемін таңдағанда элемент өлшемі неғұрлым үлкен болса, рұқсат етілетін газ жылдамдығы (сәйкесінше өнімділігі) соғұрлым жоғары, ал гидравликалық кедергісі төмен болатынын ескерту керек.
Барботажды (табақшалы) абсорберлер
Табақшалы абсорберлер ішінде бір-бірінен белгілі қашықтықта орнастырылған горизантальді тежегіштер – табақшалар бар вертикальді бағаналар болып табылады. Табақшалардың көмегімен фазалардың бағытталған қозғалысы мен сұйықтық пен газдың көп ретті әрекеттесуі жүзеге асады.
Қазіргі кезде өнеркәсіпте табақшалы аппараттардың әртүрлі құрылысты түрлері пайдаланады. Сұйықтарды табақшалардан ағызу тәсілі бойынша барботажды абсорберлерді бағаналарға бөлуге болады: 1) ағызу құрылғысы бар табақшалармен және 2) ағызу құрылғысы жоқ табақшалармен
Ағызу құрылғысы бар табақшалы бағаналар. Бұл бағаналарда сұйықтықты табақшадан табақшаға құйылуы арнайы құрылғылар – ағызу түтікшелер,қалталар, көмегімен жүзеге асырылады. Түтікшелердің төменгі ұштары төмен орналасқан табақшалардағы стаканға батырылған және газдың ағызу құрылғысынан өту мүмкіндігін болдырмайтын гидравликалық бөгендер түзеді.
Құю түтікшелерін табақшаларда көрші табақшаларда өзара қарама-қарсы бағытта ағатындай орналасады. Қазіргі кезде табақшада кесілген және табалдырықпен шектелген сегменттер түбіндегі ағызу құрылғылары кең қолданылады.
Ағызу құрылғылары бар табақшаларға мыналар жатады: елеуішті, қақпақты, клапанды және балластты, пластинкалы және т.б.
Табақшалардың гидродинамикалық жұмыс режимдері. Кез келген құрылысты табақшалардың эффективтілігі белгілі дәрежеде олардың гидродинамикалық жұмыс режимдерінен тәуелді болады. Сондықтан табақшалардың негізгі құрылыстарын қарастырудан бұрын осы режимдерді қарастырайық.
Газ жылдамдығы мен суландыру тығыздығына байланысты барботажды табақшалардың негізгі гидродинамикалық жұмыс режимін бөледі: көпіршікті, көбікті және ағынды немесе илжекциялық. Бұл режимдер барботажды қабатының гидравликалық кедергісі мен биіктігін, және де фазалар түйісу бетін анықтайтын барботажды қабаттың құрылысымен ерекшеленеді.
Көпіршікті режим. Мұндай режим газ жылдамдығы төмен жағдайда, ол бөлек көпіршектер түрінде сұйықтық қабатынан өткенде байқалады. Көпіршікті режимде жұмыс істейтін табақшада фазалар түйісу беті кіші болады.
Көбікті режим. Газ шығынының артуымен саңылаулардан шығатын жеке көпіршіктер ағу жерінен белгілі аралықта өте көп көпіршіктер түзе барботажды қабаттың кедергісінен бұзылатын тұтас ағынға бірігеді. Осы кезде табақшада газ сұйықтықты дисперсті жүйе тұрақты емес және газ берілу тоқтағанда ыдырайтын көбік пайда болады. Аталған режимде газ бен сұйықтық түйісуі көпіршіктер мен газ атомдарының бетінде және газ көпіршіктері барботажды қабаттан шыққанда және олардың қабықтары бұзылғанда барботажды қабаттың үстінде көп мөлшерде түзілетін сұйықтық тамшылырдың бетінде жүзеге асады. Көбікті режимде фазалар түйісу беті барботажды табақшаларда максималды болады.
Ағындық (инжекциялық) режим. Газ жылдамдығы одан әрі жоғарлағанда газ ағындарының ұзындығы артады, олар ыдырамай, ірі тамшылар түзе барботажды қабат бетіне шығады. Мұндай гидродинамикалық режим шарттарында фазалар түйісу беті күрт төмендейді.
Бір режимнен екіншісіне өту біртіндеп жүретінін ескерген жөн. Барботажды табақшалар үшін гидродинамикалық режимдердің шекараларын (критикалық нүктелер) есептеудің жалпы әдістері жоқ. Сондықтан табақшалы аппараттарды жобалағанда әдетте табақшаның үстіңгі және астыңғы шекараларына сәйкес келетін газ жылдамдығын есептеу жолымен анықтап, кейін газдың жұмысшы жылдамдығын таңдайды.
Елеуішті табақшалар. Елеуішті табақшаны бағана (ХІ-18-сурет) диаметрі 1-5 мм көптеген саңылаулар жасалған горизонтальді табақшалары бар вертикальді цилиндрлік корпус болып табылады. Сұйықтықты ағызу
және деңгейін қадағалау үшін төменгі ұштары стакандарға батырылған құю түтікшелері қызмет етеді.
Елеуішті табақшалар құрылысының қарапайымдылығымен монтаж жасау және жөндеудің оңай болуымен ерекшеленеді. Осы табақшалардың гидравликалық кедергісі төмен болады.
Елеуішті табақшалары бар абсорберлердің бір түрі көбікті абсорберлер болып табылады. Олардың табақшалары елеуішті абсорберлерден құю құрылғысының құрылысымен өзгешеленеді. Табақшалар саны бірдей болғанда көбікті аппараттардың эффективтілігі елеуішті табақшалары бар абсорберлерден жоғары болады. Алайда табақшаларда көбіктің үлкен биіктігі салдарынан көбікті абсорберлердің гидравликалық кедергісі жоғары болады, бұл олардың қолдану саласын шектейді.
Елеуішті табақшалары бар абсорберлердің бір түрі көбікті абсорберлер болып табылады. Олардың табақшалары елеуішті абсорберлерден құю құрылғысының құрылысымен өзгешеленеді. Табақшалар саны бірдей болғанда көбікті аппараттардың эффективтілігі елеуішті табақшалары бар абсорберлерден жоғары болады. Алайда табақшаларда көбіктің үлкен биіктігі салдарынан көбікті абсорберлердің гидравликалық кедергісі жоғары болады, бұл олардың қолдану саласын шектейді.
Қақпақты табақшалар. Елеуішті табақшалары бар бағаналарға қарағанда ластануларға аса сезімтал емес және қақпақты табақшалары бар бағананың тұрақты жұмысының жоғары аралығымен ерекшеленеді (ХІ-19 суреті).
ХІ-20 суретте саңылаулар толық емес (а) және толық (б) ашылғандағы жұмыс істеу сызбасы көрсетілген, соңғы жағдайда қақпақ эффективті жұмыс істейді. Қақпақ саңылауларының қимасы мен пішіні екіншілікті мәнге ие, бірақ саңылаулар тарлау болған дұрыс, себебі осы кезде газ кішіректеу ағындарға бөлінеді, бұл фазалар беттесу бетін ұлғайту үшін бір-бірімен жақын орналасқан көптеген қақпақтар орнатады. Қақапақты табақшаларды сұйықтың радиалды немесе диаметрлі құйылуымен дайындайды.
Клапанды және балластытабақшалар (XI-23 сурет). Бұл табақшалар соңғы кезде өте кең тарала бастады, әсіресе газ жылдамдықтары айтарлықтай өзгеретін жағдайларда жұмыс істеу үшін.
Клапанды табақшалардың (ХІ-23 сурет, а, б) жұмыс істеу принципі табақшада саңылау үстінде жататын дөңгелек клапан газ шығыны өзгергенде өзінің салмағымен газ өту үшін клапан мен табақша жазытығы арасындағы бөген ауданының шамасын автоматты түрде қадағалайды және газ барботажды қабатқа ағызғанда оның жылдамдығын тұрақты сақтайды.
Балластты табақшалар (ХІ-23 сурет, г) құрылысы бойынша клапандылардан оларда дөңгелек клапан мен кронштейн-шектегіш арасында табақшаға тірелген қысқа тіреулерде орнатылған клапаннан ауырлау балласт орнатылуымен өзгешеленеді. Клапан газ жылдамдықтары аз болғанда көтеріле бастайды. Жылдамдық одан әрі өскенде клапан балластқа тіреліп кейін онымен бірге көтеріледі. Балласты табақшалар бір қалыпты жұмысымен және газ жылдамдықтарының бүкіл аралығында сұйықтың ағызылуының жоқ болуымен өзгешеленеді.
Пластинкалы табақшалар (ХІ-24 сурет). Бұл табақшалар жоғарыда қарастырылғандармен салыстырғанда фазаларды бір бағытта қозғалысында жұмыс істейді, бұл бағана жалпы фазалардың қарсы ағынымен жұмыс істегенде газ және сұйық бойынша жүктеулерді күрт жоғарылатуға мүмкіндік береді.
Пластинкалы табақшалардың басқа құрылысты табақшалардан өзгешелігі - газ тұтас фаза, ал сұйық дисперсті фаза болып табылады және сұйық пен газ байланысуы тамшылардың бетінде жүзеге асады. Байланысу табақшалардағы сипатталған газ-сұйық тамшылы деп анықталуы мүмкін. Бұл режим пластинкалы табақшалары бар бағыналарда сұйық және газ бойынша жүктеулерді күрт жоғарылатуға мүмкіндік береді.
Ағызу құрылғысы жоқ табақшалы құбырлар (XI-25 сурет). Ағызу құрылғысы жоқ табақшаларда газ бен сұйық бір саңылаудан өтеді. Табақшада бір мезгілде сұйық пен газдың әрекеттесуінен барботаж жолымен сұйықтың бір бөлігі төмен орналасқан табақшаға ағады – сұйықтың түсуі. Сондықтан, мұндай типті табақшаларды түспелі деп атайды. Оларға тесікті, торлы, құбырлы және толқынды табақшалар жатады.
Тесікті табақшалар (XI-27, асуреті) құрылғысы бойынша илеуішті табақшаларға ұқсас және ағызу құрылғыларының жоқтығымен ерекшелінеді. Бұл табақшалардағы саңылаулардың диаметрі 4-10 мм, бағанның ағынына қатынасы бойыгша барлық саңылаулардың ағынының қосынды ауданы 10-25% құрайды.
Торлы табақшалар(XI-27, б суреті) ені 3-8 мм болатын кесілген және таңбаланған саңылауларға ие.
Құбырлы табақшалар коллекторға біріктірілген параллельді түтіктер қатарынан түзілген торлар болып табылады.
Толқынды табақшалар — Саңылаулары 4-8 мм гофрирленген металлды беттер.
Тесікті және торлы табақшалар құрылғысының қарапайымдылығымен, дайындалу және монтаждау құндылығының төмендігімен, салыстырмалы төмен гидравликалық кедергісімен ерекшелінеді.
