МАССООБМЕ́ННЫЕ АППАРА́ТЫ

МАССООБМЕ́ННЫЕ АППАРА́ТЫ, тех­но­ло­гич. уст­рой­ст­ва, пред­на­зна­чен­ные для осу­ще­ст­в­ле­ния про­цес­сов мас­со­об­ме­на; реа­ли­зу­ют кон­такт двух или трёх фаз, при­во­дя­щий к це­ле­на­прав­лен­но­му пе­ре­рас­пре­де­ле­нию ком­по­нен­тов ме­ж­ду фа­за­ми. Раз­ли­ча­ют М. а., в ко­то­рых про­ис­хо­дит мас­со­об­мен (те­п­ло- и мас­со­об­мен) в сис­те­мах: газ (пар) – жид­кость, жид­кость – жид­кость, твёр­дое ве­ще­ст­во – жид­кость или газ (пар).

М. а. для сис­тем газ (пар) – жид­кость (про­цес­сы аб­сорб­ции, дис­тил­ля­ции, рек­ти­фи­ка­ции и др.) под­раз­де­ля­ют­ся на три груп­пы в за­ви­си­мо­сти от спо­со­ба соз­да­ния по­верх­но­сти фа­зо­во­го кон­так­та. В ап­па­ра­тах пер­вой груп­пы по­верх­но­стью фа­зо­во­го кон­так­та слу­жит по­верх­ность жид­ко­сти, рас­те­каю­щей­ся по спец. на­сад­ке; в ап­па­ра­тах вто­рой груп­пы по­верх­ность фа­зо­во­го кон­так­та соз­да­ёт­ся по­то­ка­ми га­за (па­ра) в жид­ко­сти, в ап­па­ра­тах тре­ть­ей груп­пы – пу­тём раз­брыз­ги­ва­ния жид­ко­сти.

К пер­вой груп­пе от­но­сят­ся на­са­доч­ные и плё­ноч­ные ап­па­ра­ты. На­са­доч­ные ап­па­ра­ты пред­став­ля­ют со­бой ко­лон­ные ап­па­ра­ты (т. е. ап­па­ра­ты, вы­пол­нен­ные в ви­де вер­ти­каль­но­го ци­лин­д­ра боль­шой вы­со­ты и срав­ни­тель­но ма­ло­го диа­мет­ра), за­пол­нен­ные на­сад­ка­ми – твёр­ды­ми те­ла­ми разл. фор­мы и раз­ме­ра (коль­ца Ра­ши­га, коль­ца Пал­ля, сёд­ла Бер­ля, про­пел­лер­ные и мн. дру­гие), ко­то­рые пред­на­зна­че­ны для соз­да­ния раз­ви­той по­верх­но­сти кон­так­та ме­ж­ду взаи­мо­дей­ст­вую­щи­ми по­то­ка­ми. Жид­кость тон­кой плён­кой по­кры­ва­ет на­сад­ки и сте­ка­ет по ним. Осн. тре­бо­ва­ния к на­сад­ке: боль­шая пло­щадь по­верх­но­сти в еди­ни­це объ­ё­ма, хо­ро­шая сма­чи­вае­мость оро­шаю­щей жид­ко­стью, ма­лое гид­рав­лич. со­про­тив­ле­ние га­зо­во­му по­то­ку, рав­но­мер­ное рас­пре­де­ле­ние оро­шаю­щей жид­ко­сти, вы­со­кая ме­ха­нич. проч­ность, хи­мич. стой­кость к об­ра­ба­ты­вае­мым сре­дам. На­са­доч­ные ап­па­ра­ты про­сты по уст­рой­ст­ву, име­ют вы­со­кие удель­ную по­верх­ность кон­так­та фаз и ко­эф­фи­ци­ен­ты мас­со­пере­да­чи. Плё­ноч­ные ап­па­ра­ты мо­гут быть с лис­то­вы­ми (плос­ко­па­рал­лель­ны­ми) вер­ти­каль­но рас­по­ло­жен­ны­ми на­сад­ка­ми (жид­кость рас­пре­де­ля­ет­ся по по­верх­но­сти на­сад­ки), в не­ко­то­рых слу­ча­ях – с на­сад­ка­ми в ви­де тру­бок, по внутр. по­верх­но­сти ко­то­рых рас­пре­де­ля­ет­ся жид­кость. Газ (пар) по­да­ёт­ся про­ти­во­то­ком сни­зу вверх вдоль по­верх­но­сти плён­ки. В ря­де слу­ча­ев при вы­со­кой ско­ро­сти га­за (па­ра) воз­ни­ка­ет вос­хо­дя­щий по­ток жид­ко­сти в плён­ке (пря­мо­ток). Плё­ноч­ные ап­па­ра­ты ха­рак­те­ри­зу­ют­ся вы­со­ки­ми ко­эф­фи­ци­ен­та­ми мас­со­пе­ре­да­чи и низ­ким гид­рав­лич. со­про­тив­ле­ни­ем.

Ко вто­рой груп­пе от­но­сят­ся ап­па­ра­ты, в ко­то­рых кон­такт ме­ж­ду жид­ко­стью и га­зом (па­ром) осу­ще­ст­в­ля­ет­ся в ре­зуль­та­те дроб­ле­ния га­за (па­ра) на струи и пу­зырь­ки при его бар­бо­ти­ро­ва­нии че­рез слой жид­ко­сти. Осн. обо­ру­до­ва­ни­ем яв­ля­ют­ся та­рель­ча­тые ап­па­ра­ты – ко­лон­ные ап­па­ра­ты с та­рель­ча­ты­ми кон­такт­ны­ми уст­рой­ст­ва­ми (про­валь­ны­ми, кол­пач­ко­вы­ми, сит­ча­ты­ми, кла­пан­ны­ми, струй­ны­ми, с дву­мя зо­на­ми кон­так­та и др.). Др. тип ап­па­ра­тов этой груп­пы – пен­ные ап­па­ра­ты; в ап­па­ра­тах этой кон­ст­рук­ции пу­зырь­ки га­за не сво­бод­но всплы­ва­ют в слое жид­ко­сти, а дви­жут­ся в ней с вы­со­ки­ми ско­ро­стя­ми. В ре­зуль­та­те про­ис­хо­дит очень бур­ное пе­ре­ме­ши­ва­ние ре­ак­ци­он­ной мас­сы и об­ра­зо­ва­ние под­виж­ной пе­ны. Та­кая сис­те­ма ха­рак­те­ри­зу­ет­ся весь­ма ма­лым зна­че­ни­ем диф­фу­зи­он­но­го со­про­тив­ле­ния и по­это­му очень эф­фек­тив­на для про­цес­сов, иду­щих в диф­фу­зи­он­ной об­лас­ти.

К треть­ей груп­пе от­но­сят­ся ап­па­ра­ты, в ко­то­рых взаи­мо­дей­ст­вую­щая с га­зом (па­ром) жид­кость рас­пы­ли­ва­ет­ся в ви­де мел­ких ка­пель. Обыч­но из­го­тав­ли­ва­ют­ся в ви­де ко­лонн. Рас­пы­ле­ние жид­ко­сти про­из­во­дит­ся свер­ху, а газ дви­жет­ся сни­зу. Наи­боль­шая эф­фек­тив­ность дос­ти­га­ет­ся при боль­шой плот­но­сти оро­ше­ния (оп­ре­де­ля­ет­ся от­но­ше­ни­ем объ­ё­ма по­да­вае­мой в ап­па­рат жид­ко­сти к пло­ща­ди по­пе­реч­но­го се­че­ния ко­лон­ны). Рас­пы­ли­ва­ние про­из­во­дит­ся ме­ха­нич. и пнев­ма­тич. фор­сун­ка­ми, цен­тро­беж­ны­ми рас­пы­ли­те­ля­ми. Пре­иму­ще­ст­ва та­ких ап­па­ра­тов – низ­кое гид­рав­лич. со­про­тив­ле­ние, воз­мож­ность об­ра­бот­ки га­зов и па­ров, со­дер­жа­щих ме­ха­нич. при­ме­си, про­сто­та и низ­кая стои­мость.

М. а. для сис­тем двух не­сме­ши­ваю­щих­ся жид­ко­стей (жид­ко­ст­ная экс­трак­ция) под­раз­де­ля­ют­ся на сме­си­тель­но-от­стой­ные (с ме­шал­ка­ми), сме­си­тель­ные (ин­жек­тор­ные, диа­фраг­мен­ные, труб­ча­тые), ко­лон­ные рас­пы­ли­тель­ные (по­лые), на­са­доч­ные, та­рель­ча­тые, пуль­са­ци­он­ные, ро­тор­но-дис­ко­вые и цен­тро­беж­ные. Вы­бор той или иной кон­ст­рук­ции оп­ре­де­ля­ет­ся кон­крет­ны­ми ус­ло­вия­ми ис­поль­зо­ва­ния и тех­ни­ко-эко­но­мич. це­ле­со­об­раз­но­стью. Пре­иму­ще­ст­ва ко­лон­ных экс­трак­то­ров пе­ред сме­си­тель­но-от­стой­ны­ми – про­сто­та кон­ст­рук­ции, бо­лее низ­кие ка­пи­таль­ные за­тра­ты на со­ору­же­ние и мень­ший рас­ход энер­гии на про­ве­де­ние про­цес­са. Од­на­ко сме­си­тель­но-от­стой­ные экс­трак­то­ры име­ют мень­шие га­ба­ри­ты, мень­шее вре­мя вы­хо­да на ре­жим, ме­нее чув­ст­ви­тель­ны к на­ли­чию ме­ха­нич. при­ме­сей. В пуль­са­ци­он­ных экс­трак­то­рах взаи­мо­дей­ст­вую­щим фа­зам со­об­ща­ют­ся воз­врат­но-по­сту­па­тель­ные ко­ле­ба­ния, спо­соб­ст­вую­щие ин­тен­сив­но­му дроб­ле­нию дис­перс­ной фа­зы и со­от­вет­ст­вен­но уве­ли­че­нию по­верх­но­сти кон­так­та фаз, ин­тен­сив­но­му их пе­ре­ме­ши­ва­нию, а так­же уве­ли­че­нию вре­ме­ни пре­бы­ва­ния дис­перс­ной фа­зы в ап­па­ра­те. Воз­врат­но-по­сту­па­тель­ные дви­же­ния соз­да­ют­ся, как пра­ви­ло, пуль­са­то­ром, на­хо­дя­щим­ся вне ап­па­ра­та. Не­дос­та­ток пуль­са­ци­он­ных ап­па­ра­тов – ог­ра­ни­чен­ность диа­мет­ра (с уве­ли­че­ни­ем диа­мет­ра рез­ко по­вы­ша­ют­ся энер­ге­тич. за­тра­ты, а так­же на­ру­ша­ет­ся рав­но­мер­ность рас­пре­де­ле­ния гид­ро­ди­на­мич. ха­рак­те­ри­стик по се­че­нию ап­па­ра­та). В ро­тор­но-дис­ко­вых экс­трак­то­рах внут­ри кор­пу­са на рав­ных рас­стоя­ни­ях друг от дру­га на­хо­дят­ся коль­це­вые пе­ре­го­род­ки, ко­то­рые кре­пят­ся к кор­пу­су. По оси ко­лон­ны ус­та­нов­лен вер­ти­каль­ный вал с го­ри­зон­таль­ны­ми дис­ка­ми, рас­по­ло­жен­ны­ми сим­мет­рич­но от­но­си­тель­но пе­ре­го­ро­док. Че­ре­дую­щие­ся дис­ки и пе­ре­го­род­ки спо­соб­ст­ву­ют дис­пер­ги­ро­ва­нию взаи­мо­дей­ст­вую­щих фаз при их вер­ти­каль­ном пе­ре­ме­ще­нии внут­ри ап­па­ра­та. В цен­тро­беж­ных экс­трак­то­рах ин­тен­си­фи­ци­ру­ют­ся не толь­ко про­цес­сы дис­пер­ги­ро­ва­ния и сме­ше­ния, про­ис­хо­дя­щие в центр. час­ти ап­па­ра­та, но и про­цес­сы раз­де­ле­ния под дей­ст­ви­ем цен­тро­беж­ных сил, про­ис­хо­дя­ще­го в ср. час­ти и на пе­ри­фе­рии экс­трак­то­ра. Цен­тро­беж­ные экс­трак­то­ры ком­пакт­ны, ха­рак­те­ри­зу­ют­ся вы­со­ки­ми про­из­во­ди­тель­но­стью и ко­эф­фи­ци­ен­та­ми мас­со­пе­ре­да­чи. Од­на­ко из-за ко­рот­ко­го вре­ме­ни взаи­мо­дей­ст­вия фаз не­при­ме­ни­мы для сис­тем, в ко­то­рых мас­со­об­мен со­про­во­ж­да­ет­ся хи­мич. ре­ак­ци­ей.

М. а. для сис­тем твёр­дое ве­ще­ст­во – жид­кость или газ (пар) под­раз­де­ля­ют­ся на ап­па­ра­ты для про­ве­де­ния про­цес­сов ад­сорб­ции и суш­ки. М. а. для про­цес­сов ад­сорб­ции мо­гут быть с не­под­виж­ным сло­ем и с дви­жу­щим­ся сло­ем ад­сор­бен­та; пол­ный цикл ра­бо­ты ап­па­ра­тов, как пра­ви­ло, сво­дит­ся к че­ты­рём ста­ди­ям: соб­ст­вен­но ад­сорб­ция, де­сорб­ция, суш­ка и ох­ла­ж­де­ние ад­сор­бен­та. По­сколь­ку тех­ни­ка суш­ки чрез­вы­чай­но раз­но­об­раз­на, стрем­ле­ние к ин­тен­си­фи­ка­ции про­цес­сов суш­ки и по­вы­ше­нию про­из­во­ди­тель­но­сти еди­нич­но­го аг­ре­га­та при­ве­ло к соз­да­нию раз­но­об­раз­ных кон­ст­рук­ций су­шиль­но­го обо­ру­до­ва­ния. В су­шил­ках для кон­такт­ной суш­ки (су­шиль­ный шкаф, греб­ко­вые, валь­цо­вые и др.) су­шиль­ный агент и вы­су­ши­вае­мый ма­те­ри­ал кон­так­ти­ру­ют друг с дру­гом че­рез те­п­ло­про­во­дя­щую стен­ку. Кон­век­тив­ные (воз­душ­ные) су­шил­ки – ка­мер­ные, тун­нель­ные, лен­точ­ные, ба­ра­бан­ные, рас­пы­ли­тель­ные, с псев­до­ожи­жен­ным сло­ем, пнев­ма­ти­че­ские и др. со­сто­ят, как пра­ви­ло, из ка­ме­ры, в ко­то­рой про­ис­хо­дит кон­такт вы­су­ши­вае­мо­го ма­те­риа­ла с су­шиль­ным аген­том, уз­лов по­дог­ре­ва и транс­пор­та су­шиль­но­го аген­та.