2.5. Десорбция

Выделение поглощенного газа из абсорбента производится с целью получения этого газа в чистом виде и регенерации поглотителя для его повторного использования. Если концентрация распределяемого компонента в газовой фазе ниже концентрации, соответствующей равновесию, то распределяемый компонент переходит из жидкой в газовую фазу, т. е. происходит процесс десорбции.

Десорбцию производят тремя способами: путем повышения температуры абсорбента; за счет снижения давления над абсорбентом; добавлением инертного газа к газовой среде над абсорбентом.

При подводе тепла в абсорбер путем обогрева абсорбента глухим (первичным) паром при первом способе десорбции из раствора вместе с распределяемым компонентом испаряется часть абсорбента. Поэтому для разделения образующейся смеси используется процесс ректификации.

Способ снижения давления над абсорбентом наиболее прост, особенно если процесс абсорбции производился при давлении выше атмосферного. Если же абсорбцию проводили при атмосферном давлении, то десорбцию осуществляют понижением давления с помощью вакуум-насоса. Для более полного извлечения абсорбируемого компонента из раствора десорбцию при пониженном давлении нередко комбинируют с десорбцией путем подвода тепла.

При десорбции с дополнительными компонентами используют инертный газ или водяной пар. Так как парциальное давление распределяемого компонента над раствором становится ниже, то происходит переход этого компонента из раствора в поток газа или водяного пара. Последующее извлечение газа из газовой смеси затруднительно. Поэтому данный метод десорбции применяют в тех случаях, когда извлеченный из газовой смеси компонент не используется в последующем.

Водяной пар в качестве десорбирующего агента применяют для извлечения нерастворимых в воде газов. При этом смесь десорбированного газа и водяного пара из десорбера направляют в конденсатор, в котором происходит конденсация водяного пара. Если же температура кипения распределяемого компонента высока, то его конденсируют вместе с водяным паром и после этого отделяют от воды отстаиванием.

3. Перегонка жидкостей

3.1. Общие сведения

Одним из наиболее распространенных методов разделения жидких однородных смесей, состоящих из двух или большего числа компонентов, является перегонка.

Разделение перегонкой основано на различной летучести компонентов смеси при одной и той же температуре или на различии температур кипения компонентов смеси при одном и том же давлении. Поэтому при перегонке все компоненты смеси переходят в парообразное состояние в количествах, пропорциональных их фугитивности, которой характеризуется летучесть компонентов жидкой смеси.

В простейшем случае исходная смесь является бинарной, состоящей только из двух компонентов. Получаемый при ее перегонке пар содержит относительно большее количество легколетучего или низкокипящего компонента (НК), чем исходная смесь. Следовательно, в процессе перегонки жидкая фаза обедняется, а паровая фаза обогащается НК. Неиспарившаяся жидкость, соответственно, имеет состав, более богатый труднолетучим, или высококипящим компонентом (ВК). Эту жидкость называют остатком, а жидкость, полученную в результате конденсации паров, – дистиллятом или ректификатом.

Степень обогащения паровой фазы НК при прочих равных условиях зависит от вида перегонки. Существует два принципиально отличающихся между собой вида перегонки: простая перегонка (дистилляция) и ректификация.

Простая перегонка представляет собой процесс однократного частичного испарения жидкой смеси и конденсации образующихся паров. Простая перегонка применима только для разделения смесей, летучести компонентов которой существенно различаются между собой. Используется простая перегонка обычно для предварительного грубого разделения жидких смесей, а также для очистки сложных смесей от нежелательных примесей, смол и т. п.

Более полное разделение жидких смесей можно достигнуть ректификацией. Ректификация – это процесс многократного частичного испарения жидкости и конденсации паров. Процесс осуществляется путем многократного контакта потоков жидкости и пара, имеющих различную температуру. Проводится обычно в колонных аппаратах. При каждом контакте из жидкости испаряется преимущественно НК, которым обогащаются пары, а из паров конденсируется преимущественно ВК, переходящий в жидкость. Такой двухсторонний обмен компонентами, повторяемый многократно, позволяет получить пары, представляющие собой чистый НК. Эти пары после конденсации в теплообменном аппарате (дефлегматоре) дают дистиллят (ректификат) и флегму – жидкость, возвращаемую для орошения колонны и взаимодействия с поднимающимися парами. Пары получают снизу колонны путем частичного испарения остатка, являющегося почти чистым ВК.

Ректификация известна с начала ХIХ века как один из важнейших технологических процессов в спиртовой и нефтяной промышленности. Ректификация в настоящее время находит все большее применение в различных областях химической технологии, в производствах: органического синтеза, изотопов, полимеров, полупроводников и различных других веществ высокой чистоты.