Промышленные схемы абсорбции

 

В технике используют следующие схемы абсорбции: одноступенчатые, многоступенчатые, прямоточные, противоточные, с рециркуляцией по жидкости и по газу, без рециркуляции.

На рисунке 7.4 представлены противоточная (а), прямоточная (б) и противоточная с рециркуляцией по жидкости (в) схемы абсорбции.

 

Достоинства противоточного движения: по данной схеме можно получать более концентрированные растворы; меньший, чем у прямотока расход поглотителя при одинаковых начальных концентрациях.

Достоинства прямотока: низкое гидравлическое сопротивление, движущая сила достигает наибольшего значения, и следовательно, меньшие габариты абсорбера.

Во многих аппаратах стремятся сохранить достоинства прямотока и противотока. Это достигается в секционных аппаратах, где во всей колонне осуществляется противоток, а в секциях – прямоток, чтобы не было режима захлебывания.

Схемы с рециркуляцией предусматривают многократный возврат в аппарат либо абсорбента, либо газа.

Достоинства рециркуляции: увеличивается смачиваемость насадки.

Недостатки: наличие дополнительного оборудования (насос), дополнительных затрат; движущая сила с рециркуляцией меньше.

Многоступенчатые схемы применяются, когда требуется аппарат большой высоты, поэтому его разбивают на два аппарата поменьше.

Практическое значение имеет противоточная двухступенчатая абсорбция с рециркуляцией абсорбента (рисунок 7.5).

 

На диаграмме X–Y (рисунок 7.6) рабочая линия для всей системы изображается прямой АВ, которая состоит из отрезков АС и СВ, соответствующих рабочим линиям отдельных колонн.

Конструкции абсорберов

 

Выбор типа абсорбера определяется видом контакта потоков газа и жидкости. Для создания развитой поверхности контакта фаз газ пропускают через колонну с насадкой, орошаемой жидкостью, – насадочные абсорберы (рисунок 7.7), либо через аппарат, в котором жидкость распыливается форсунками или вращающимися механическими элементами – распыливающие абсорберы (рисунок 7.8). Для хорошо растворимых газов используют поверхностные абсорберы, в которых газ пропускают над поверхностью жидкости или над поверхностью текущей пленки жидкости – пленочные (рисунок 7.9). Кроме того, газ может распределяться в жидкости в виде струек и пузырьков – барбо тажные абсорберы (рисунок 7.10).

К абсорбционным аппаратам предъявляются следующие требования:

– абсорбер должен обладать развитой поверхностью контакта фаз;

– иметь большие предельные нагрузки по жидкости, газу или пару;

– иметь небольшое гидравлическое сопротивление;

– иметь небольшую стоимость и т.д.

Наиболее широкое распространение получили насадочные и барботажные тарельчатые абсорберы.

 

 

 

                   а                                     б

а – пленочный каскадный абсорбер; б – трубчатый абсорбер

Рисунок 7.9 – Пленочные абсорберы

 

а – с неорганизованным переливом жидкости;

б – с переливными устройствами

Рисунок 7.10 – Барботажные абсорберы

Насадочные аппараты

 

Насадочные абсорберы представляют собой колонны, заполненные насадкой. Жидкость стекает по поверхности насадочных тел в виде тонкой пленки. Контакт газа со стекающей жидкостью происходит по поверхности смоченной насадки, поэтому насадка должна иметь как можно большую поверхность в единице объема.

Для того чтобы насадка работала эффективно, она должна удовлетворять следующим основным требованиям:

– обладать большой поверхностью в единице объема;

– хорошо смачиваться орошающей жидкостью;

– оказывать малое гидравлическое сопротивление газовому потоку;

– равномерно распределять орошающую жидкость;

– быть стойкой к химическому воздействию жидкости или газа, движущихся в колонне;

– иметь малую плотность;

– обладать высокой механической прочностью;

– иметь невысокую стоимость.

Насадок, полностью удовлетворяющих всем указанным требованиям, не существует, так как, например, увеличение удельной поверхности насадки влечет за собой увеличение гидравлического сопротивления аппарата и снижение предельных нагрузок. В промышленности применяют разнообразные по форме и размерам насадки, которые в той или иной мере удовлетворяют требованиям, являющимся основными при проведении конкретного процесса. Практическое значение имеют хордовая и кольцевая насадки, спиральная и сетчатая металлические насадки.

При работе насадочных аппаратов наблюдаются следующие гидродинамические режимы: пленочный, подвисания, эмульгирования и режим захлебывания (рисунок 7.11).

Первый режим – пленочный – жидкость стекает в виде пленки. Этот режим наименее интенсивный, но наиболее распространен из-за низкого гидравлического сопротивления.

Второй – режим подвисания – жидкость задерживается в каналах насадки; скорость течения жидкости уменьшается, а толщина ее пленки и количество удерживаемой жидкости увеличиваются. Газ и жидкость наиболее турбулизованы, увеличивается коэффициент массопередачи.

Третий – режим эмульгирования – газ пробулькивает через жидкость; жидкость накапливается в свободном объеме насадки, соответствует максимальной эффективности насадочных колонн. Коэффициент массопередачи имеет наибольшее значение. Этот режим обладает недостатками: его трудно поддерживать, резко повышается гидравлическое сопротивление, снижается движущая сила процесса.

Четвертый – режим уноса жидкости – режим нерабочий.

Основным показателем работы насадочной колонны является гидравлическое сопротивление, которое определяет энергетические затраты на перемещение газа через аппарат и служит важным показателем режима работы и состояния насадки в колонне.

Тарельчатые аппараты

 

Представляют собой вертикальные цилиндрические колонны, в которых на определенном расстоянии друг от друга по высоте колонны размещены горизонтальные перегородки – тарелки для развития поверхности контакта фаз.

Процесс массопереноса в тарельчатых колоннах осуществляется в газожидкостной среде, которая создается на тарелках. Следовательно, процесс проходит ступенчато, в отличие от насадочных колонн, в которых массоперенос происходит непрерывно.

По способу слива жидкости с тарелки, аппараты подразделяются на колонны с тарелками со сливными устройствами и без сливных устройств - «провальные» (рисунок 7.12).

В «провальных» тарелках отсутствуют переливные трубы. При этом одновременно с взаимодействием фаз на тарелке происходит сток жидкости на нижерасположенную тарелку – «проваливание» жидкости.

Тарелки со сливными устройствами бывают колпачковые (рисунок 7.12а), ситчатые (рисунок 7.12б) и клапанные (рисунок 7.12в). Режимы работы тарельчатых колонн, как и насадочных, определяются скоростью газа.

Пузырьковый (барботажный) режим работы характеризуется небольшими скоростями газа, газ в виде отдельных пузырьков движется через слой жидкости.

Пенный режим возникает при увеличении скорости газа, когда на тарелке образуется газожидкостная система - пена.

Струйный (инжекторный) режим возникает при дальнейшем увеличении скорости газа, который проходит через газожидкостной слой в виде газовых струй, не разрушаясь. Поверхность контакта намного меньше, чем в пенном режиме.

 

Расчет абсорберов

 

Исходные данные: расход газа G, его начальная и конечная концентрации, начальная концентрация абсорбента.

Определяются: расход абсорбента L, диаметр D абсорбера, высота абсорбера Н, его гидравлическое сопротивление ΔР.

7.1.9.1 Расход абсорбента определяется из уравнения материального баланса. Конечная концентрация абсорбента обычно не задана. Поэтому принимают ее как концентрацию поглощаемого газа в жидкости, находящейся в равновесии с газом.

7.1.9.2 Диаметр абсорберов определяют по уравнению расхода:

                                  ,                                 (7.15)

где   w ₀ – фиктивная скорость газа, то есть скорость, отнесенная к полному сечению абсорбера, м/с.

7.1.9.3 Высота абсорберов определяется в зависимости от их типа:

– для насадочных с помощью уравнения массопередачи:

 – по газовой фазе;

 

и

 – по жидкой фазе,

где   а – удельная поверхность, м²/м³;

ψ – коэффициент смачиваемости насадки;

– для ступенчатых (тарельчатых) абсорберов в большинстве случаев определяют методом теоретической ступени (теоретической тарелки) и КПД колонны или методом построения кинетической кривой. Определение числа теоретических ступеней (теоретических тарелок) рассматривалось в разделе «Основы массопередачи».

Гидравлическое сопротивление абсорберов ΔР зависит от гидродинамических режимов, которые определяются скоростью газа и конструктивными особенностями аппарата. Оптимальную скорость определяют технико-экономическим расчетом, при этом рассматривая влияние скорости на гидравлическое сопротивление, диаметр и высоту аппарата.

 

Перегонка и ректификация

 

Перегонка – это процесс разделения жидких смесей путем их частичного испарения при кипении с последующей конденсацией образующихся паров.

Если парциальные давления компонентов, составляющих исходную смесь, различны, т.е. различна летучесть компонентов, то состав дистиллята будет отличаться от состава исходной смеси: в нем будет содержаться больше легколетучего (с большим парциальным давлением) компонента. Различают два вида перегонки: простую (дистилляция), сложную перегонку (ректификация).

Перегонка применяется для разделения и очистки сжиженных газов в химической, пищевой, фармацевтической, нефтехимической и других отраслях промышленности.

Перегонка проводится: под вакуумом (для термически нестойких или токсичных веществ), под атмосферным давлением, под избыточным давлением (сжиженный газ).

 

⇐ Предыдущая16171819202122232425Следующая ⇒

Поделиться: