Материальный баланс и кинетические закономерности абсорбции.
Материальный баланс процесса абсорбции выражается общим уравнением
,
где
- поток газовой смеси вкмоль/чинертного газа;
- поток абсорбента в кмоль/чабсорбента.
3. Принципиальные схемы абсорбции.
В химической технике используют следующие принципиальные схемы абсорбционных процессов: прямоточные, противоточные, одноступенчатые с рециркуляцией и многоступенчатые с рециркуляцией.
Прямоточная схема.
В этом случае потоки газа и абсорбента движутся параллельно друг другу; при этом газ с большей концентрацией распределяемого вещества приводится в контакт с жидкостью, имеющей меньшую концентрацию распределяемого вещества, а газ с меньшей концентрацией взаимодействует на выходе из аппарата с жидкостью, имеющей большую концентрацию распределяемого вещества.
Противоточная схема.
По этой схеме в одном конце аппарата приводятся в контакт газ и жидкость, имеющие большие концентрации распределённого вещества, а в противоположном конце – меньшие.
Схемы с рециркуляцией.
Предусматривают многократный возврат
в аппаратуру либо жидкости, либо газа.
Газ проходит через аппарат снизу вверх,
и концентрация распределяемого вещества
в нём изменяется от
до
.
Поглощаемая жидкость подводится к
верхней части аппарата при концентрации
распределяемого вещества
,
затем смешивается с выходящей из аппарата
жидкостью, в результате чего концентрация
повышается до
.
Рабочая линия представляется на диаграмме
отрезком прямой; крайние точки его имеют
координаты
,
и
,
соответственно. Величину
легко найти из уравнения материального
баланса.
Обозначим отношение количества
поглощающей жидкости на входе в аппарат
к количеству свежей поглощающей жидкости
через
;
тогда:
и
(12.16)
Абсорбция с рециркуляцией газа.
Здесь материальные соотношения аналогичны
предыдущим. Положение рабочей линии
определяют точки
и
;
ордината
находится из уравнения материального
баланса:
(12.17)
одноступенчатые схемы с рециркуляцией могут быть как противоточными, так и прямоточными.
Многоступенчатые схемы с рециркуляциеймогут включать прямой ток, противоток, рециркуляцию жидкости и рециркуляцию газа.
Противоточный процесс обеспечивает большую конечную концентрацию поглощаемого газа в абсорбенте, а вместе с этим и меньший расход абсорбента; движущая сила при противотоке меньше, поэтому при прочих равных условиях необходимы большие размеры аппарата. Указанное соотношение носит общий характер и его можно формулировать так: изменение рабочих концентраций, приводящее к уменьшению расхода абсорбента, требует увеличения габаритов аппарата, и наоборот.
Одноступенчатые схемы с рециркуляцией абсорбента или газа по сравнению со схемами без рециркуляции имеют следующую особенность. При одном и том же расходе свежего абсорбента количество жидкости, проходящей через аппарат, значительно больше; результатом этого являются повышение коэффициента массопередачи и некоторое уменьшение движущей силы. При определённом соотношении между диффузионными сопротивлениями в жидкой и газовой фазах это может привести к уменьшению габаритов аппарата.
Очевидно, что рециркуляция жидкости целесообразна в том случае, если основное сопротивление массопередаче составляет переход вещества от поверхности раздела фаз в жидкость, а рециркуляция газа – когда основным сопротивлением процесса является переход вещества из газовой фазы к поверхности раздела фаз. Рециркуляция жидкости всегда предпочтительна при необходимости сопровождать процесс абсорбции охлаждением, так как в этом случае включение холодильника в ветвь рециркулирующего абсорбента позволяет весьма легко отводить тепло от взаимодействующих веществ.
Многоступенчатые схемы с рециркуляцией обладают всеми преимуществами одноступенчатых схем и вместе с тем обеспечивают большую движущую силу процесса. По указанной причине в большинстве случаев выбирают вариант многоступенчатых рециркуляционных схем.