Тема 3 План ( 2 часа ) Физические основы процесса абсорбции Закон Генри 3. Материальный баланс абсорбера 4. Уравнение теплового баланса 5. Устройство абсорберов Якуб Лидия Николаевна к.ф.-м.н.,доцент
15.02.2019 Процессы и аппараты. Тема 3. 2 1. Физические основы процесса абсорбции Абсорбцией называется процесс поглощения газа или пара жидким поглотителем (абсорбентом). Обратный процесс - выделение поглощенного газа из поглотителя — называется десорбцией. В промышленности абсорбция с последующей десорбцией широко применяется для выделения из газовых смесей ценных компонентов (например, для извлечения из коксового газа аммиака, бензола и др.). Для очистки технологических и горючих газов от вредных примесей (например, при очистке их от сероводорода), для санитарной очистки газов (например, отходящих газов от сернистого ангидрида).
15.02.2019 Процессы и аппараты. Тема 3. 3 Физические основы процесса абсорбции В некоторых случаях десорбцию не проводят, если извлекаемый компонент и поглотитель являются дешевыми или отбросными продуктами. или если в результате абсорбции получается готовый продукт (например, соляная кислота при абсорбции хлористого водорода водой). Производство серной кислоты – последний этап - абсорбция оксида серы концентрированной серной кислотой. Производство азотной кислоты, последняя стадия производства – абсорбция водой.
15.02.2019 Процессы и аппараты. Тема 3. 4 2. Закон Генри Растворимость газов в жидкостях зависит от свойств газа и жидкости, от температуры и парциального давления растворяющегося газа (компонента) в газовой смеси. Зависимость между растворимостью газа и его парциальным давлением характеризуется законом Генри, согласно которому равновесное парциальное давление р* пропорционально содержанию растворенного газа в растворе X (в кг/кг поглотителя) здесь y - коэффициент пропорциональности, имеющий размерность давления и зависящей от свойств растворенного газа и поглотителя и от температуры.
15.02.2019 Процессы и аппараты. Тема 3. 5 Закон Генри Растворимость многих газов значительно отклоняется от закона Генри. Это относится главным образом к хорошо растворимым газам, образующим растворы высокой концентрация, При низких концентрациях раствора закон Генри обычно хорошо соблюдается. Равновесное парциальное давление р* -пропорционально содержанию растворенного газа в растворе X (в кг/кг поглотителя)
15.02.2019 Процессы и аппараты. Тема 3. 6 Закон Генри Для практических расчетов пользуются полученными из опыта значениями равновесного парциального давления газа р* и вычисляют равновесное содержание абсорбируемого компонента в газовой смеси Y * по формуле : ( в кг/кг инертного газа) Здесь М к и М н молекулярные массы абсорбируемого компонента и инертного газа; Р общее давление газовой смеси.
15.02.2019 Процессы и аппараты. Тема 3. 7 Закон Генри По найденным значениям Y * строят линию равновесия При небольших значениях р*, по сравнению с Р, можно приближенно написать, учитывая уравнение (1): где В этом случае линия равновесия представляет собой прямую, тангенс угла наклона которой равен k.
15.02.2019 Процессы и аппараты. Тема 3. 8 3. Материальный баланс абсорбера Материальный баланс абсорбера характеризуется уравнением: G - количество инертного газа, кг/сек; L - количество поглотителя, кг/сек; Y - содержание компонента в газовой фазе, кг/кг инертного газа; X - содержание компонента в жидкой фазе, кг/кг поглотителя.
15.02.2019 Процессы и аппараты. Тема 3. 9 Материальный баланс абсорбера Величина l, определяемая по уравнению является удельным расходом поглотителя (кг/кг инертного газа). При полном извлечении компонента из газа его содержание в газовой фазе на выходе из абсорбера было бы Y 2 = 0, а количество поглощенного G Y 1 компонента составило бы X 2 Отношение количества фактически поглощенного компонента к количеству поглощаемому при полном извлечении, называется степенью извлечения;
15.02.2019 Процессы и аппараты. Тема 3. 10 Материальный баланс абсорбера Степень извлечения : Рабочая линия процесса абсорбции описывается уравнением На диаграмме У- X она расположена выше линии равновесия, так как при абсорбции содержание компонента в газовой фазе больше равновесного.
15.02.2019 Процессы и аппараты. Тема 3. 11 Материальный баланс абсорбера При десорбции, наоборот, рабочая линия лежит ниже линии равновесия. Чтобы построить рабочую линию, надо знать составы фаз на входе в абсорбер (Х 2, Y 1 ) и на выходе из него (Х 1 Y 2 ). По этим составам строят точки А и В (см. рис.), а расход поглотителя определяют по уравнению (4). Однако обычно заданы только начальные составы газа и жидкости (У 1 Х 2 ) и степень извлечения. Заданным условиям соответствует определенное значение Y 2, которое можно найти по формуле (6) и таким образом построить точку В.
15.02.2019 Процессы и аппараты. Тема 3. 12 4. Тепловой баланс Если абсорбция ведется без отвода тепла или с неполным его отводом, температура повышается вследствие выделения тепла при растворении газа в жидкости Повышение температуры ведет к повышению равновесного парциального давления компонента и к сдвигу линии равновесия вверх. Движущая сила при этом уменьшается и условия абсорбции ухудшаются.
15.02.2019 Процессы и аппараты. Тема 3. 13 Тепловой баланс Количество выделяющегося при абсорбции тепла составляет: где Ф — дифференциальная теплота растворения (дж/кг), т. е. количество тепла, выделяющегося при поглощении 1 кг компонента в растворе данной концентрации; М — количество поглощенного компонента, кг/сек. Если абсорбция ведется без отвода тепла, можно считать, что все выделяющееся тепло идет на нагревание жидкости: где с — удельная теплоемкость жидкости, дж/кг • град; t 1 и t 2 — температуры жидкости на выходе из абсорбера и на входе в него.
15.02.2019 Процессы и аппараты. Тема 3. 14 Тепловой баланс Приравнивая правые части уравнений (6) и (7), получим уравнение теплового баланса абсорбера, работающего без отвода тепла: Для части абсорбера, расположенной выше сечения, в котором состав жидкости равен X, а температура t, это уравнение примет вид: откуда температура жидкости в любом сечении абсорбера при составе жидкости X будет составлять:
15.02.2019 Процессы и аппараты. Тема 3. 15 5. Устройство абсорберов Из основных уравнений абсорбции видно, что количество абсорбируемого вещества прямо пропорционально поверхности контакта фаз. Из этого следует, что абсорбционная аппаратура должна иметь развитую поверхность соприкосновения проходящих через нее жидкости и газа. Контакт между жидкостью и газом создается по следующим методам: 1. Пропусканием газа над поверхностью жидкости.
15.02.2019 Процессы и аппараты. Тема 3. 16 Устройство абсорберов 2. Пропусканием газа через башню с насадкой, которая орошается жидкостью, покрывающей насадку в виде тонкой пленки. Пропусканием газа в виде мелких пузырьков сквозь слой жидкости (барботированием). Пропусканием газа через пространство заполненное разбрызгиваемой жидкостью. Таким образом по конструкции абсорберы бывают: - поверхностные - барботажные - распыливающие
15.02.2019 Процессы и аппараты. Тема 3. 17 Поверхностные абсорберы В абсорберах этого типа поверхностью соприкосновения фаз является зеркало жидкости или поверхность протекающей жидкой пленки. Абсорберы с соприкосновением фаз представляют собой аппараты, в которых газ проходит над свободной поверхностью неподвижной или медленно движущейся жидкостью. Поверхность соприкосновения мала, поэтому приходиться устанавливать ряд последовательно соединенных абсорберов с противоточным движением газа и жидкости. Для отвода тепла в абсорберах устанавливают змеевики.
15.02.2019 Процессы и аппараты. Тема 3. 18 Поверхностные абсорберы
15.02.2019 Процессы и аппараты. Тема 3. 19 Пленочные абсорберы Поверхностные абсорберы малоэффективны и применяются для небольших количеств хорошо растворимых газов. Пленочные абсорберы – к ним относятся трубчатые абсорберы и с листовой насадкой. Поглотитель поступает на верхнюю трубную решетку, распределяется по трубам и стекает по их внутренней поверхности в виде тонкой пленке. Газ движется по трубам снизу вверх навстречу стекающей жидкой пленке. Для отвода тепла по межтрубному пространству пропускают воду или охлаждающий агент.
15.02.2019 Процессы и аппараты. Тема 3. 20 Пленочные абсорберы
15.02.2019 Процессы и аппараты. Тема 3. 21 Абсорбер с листовой насадкой
15.02.2019 Процессы и аппараты. Тема 3. 22 Насадочные абсорберы Насадочные абсорберы- представляют колонны загруженные насадкой, твердыми телами различной формы. Таким образом увеличивается поверхность соприкосновения газа и жидкости. Основными характеристиками насадок является удельная поверхность и свободный объем. Жидкость стекает по поверхности насадки тонкой пленкой и одновременно распределяется в виде капель и брызг. Газ поступает в колонну снизу и движется противотоком по отношению к жидкости.
15.02.2019 Процессы и аппараты. Тема 3. 23 Насадочные абсорберы
15.02.2019 Процессы и аппараты. Тема 3. 24 Насадочные абсорберы
15.02.2019 Процессы и аппараты. Тема 3. 25 Насадочные абсорберы Преимущества насадочных абсорберов: простота устройства, особенно важно при работе с агрессивными средами; Более низкое, чем в барботажных абсорберах гидравлическое сопротивление. Недостатки насадочных абсорберов: Малопригодны при работе с загрязненными жидкостями; затруднен отвод тепла.
15.02.2019 Процессы и аппараты. Тема 3. 26 Барботажные абсорберы Барботажные абсорберы –поверхность соприкосновения фаз развивается потоками газа, распределяющимися в жидкости в виде пузырьков и струек. Такое движение, называется барботажем, осуществляется в тарельчатых колоннах с колпачковыми, ситчатыми или провальными тарелками. Особенностью тарельчатых колонн, является ступенчатый характер проводимых в них процессов.
15.02.2019 Процессы и аппараты. Тема 3. 27 Барботажные абсорберы Колонна с ситчатыми тарелками,1 –отверстия, 2 –переливная труба.
15.02.2019 Процессы и аппараты. Тема 3. 28 Барботажные абсорберы. Недостатки барботажных абсорберов: Сложность конструкций, большое гидравлическое сопротивление. барботажные абсорберы применяют, когда абсорбцию проводят под давлением, при этом гидравлическое сопротивление несущественно. Применяют также и распыливающие абсорберы.
15.02.2019 Процессы и аппараты. Тема 3. 29 Колонны с колпачковыми тарелками Газ барботирует через жидкость выходя из прорезей колпачков, расположенных на каждой тарелке.
15.02.2019 Процессы и аппараты. Тема 3. 30 Благодарю за внимание
