2.3. Cхемы абсорбционных процессов
В химической технологии используют следующие схемы абсорбционных процессов: прямоточные, противоточные, одноступенчатые с рециркуляцией и многоступенчатые с рециркуляцией.
Прямоточная и противоточная схемы взаимодействия фаз в процессе приведены на рис. 2.3.
В прямоточной схеме потоки газа и жидкости движутся параллельно друг другу. Газ с большей концентрацией распределяемого вещества контактирует с жидкостью, имеющей меньшую концентрацию распределяемого компонента, а газ с меньшей концентрацией взаимодействует на выходе аппарата с жидкостью, имеющей большую концентрацию распределяемого вещества.
В противоточной схеме в одном конце аппарата приводятся в контакт газ и жидкость, имеющие большие концентрации распределяемого вещества, а в противоположном конце – меньшие.
Схемы с рециркуляцией предусматривают многократный возврат в аппарат либо жидкости, либо газа. Схемы с рециркуляцией жидкости и газа приведены на рис. 2.4.
Рис. 2.3. Прямоточная и противоточная схемы абсорбции
Рис. 2.4. Противоточные схемы абсорбции с рециркуляцией жидкости и газа
Газ проходит
через аппарат снизу вверх. Концентрация
распределяемого вещества в нем изменяется
от
до
.
Абсорбент подводится к верхней части
аппарата с концентрацией распределяемого
вещества
и затем смешивается с выходящей из
аппарата жидкостью. В результате смешения
концентрация адсорбента повышается до
.
Значение концентрации
можно вычислить из уравнения материального
баланса.
Введя обозначение
кратности рециркуляции
,
представляющей собой отношение
количества абсорбента на входе в аппарат
к количеству свежей жидкости, получим:
;
.
Кратность
рециркуляции по газу
.
Ордината
в этом случае определяется из материального
баланса:
;
.
Одноступенчатые схемы с рециркуляцией выполняются противоточными и прямоточными.
Многоступенчатые схемы с рециркуляцией могут включать прямой ток, противоток, рециркуляцию жидкости и рециркуляцию газа. Большое практическое значение имеет многоступенчатая противоточная схема с рециркуляцией жидкости в каждой ступени (рис. 2.5).
Рабочие линии наносят на диаграмму отдельно для каждой ступени, как и в случае нескольких одноступенчатых аппаратов.
Применение схем с рециркуляцией абсорбента целесообразно в следующих случаях: когда сопротивление массопередаче сосредоточено в жидкой фазе; при необходимости охлаждать абсорбент в процессе абсорбции; для улучшения смачивания насадки (при малых плотностях орошения). Однако рециркуляция жидкости ведет к усложнению абсорбционных установок и дополнительным расходам энергии на перекачивание жидкости, подвергающейся рециркуляции.
Схемы установок, приведенные на рис. 2.3–2.5, относятся к насадочным абсорберам, в которых затруднительна организация внутреннего отвода тепла в процессе абсорбции. В тарельчатых абсорберах охлаждающие устройства (например, змеевики) устанавливают на тарелках.
Рис. 2.5. Многоступенчатая противоточная схема абсорбции
с рециркуляцией жидкости