3. Десорбция

Выделение поглощенного газа из поглотителя (абсорбента) производят с целью получения этого газа в чистом виде и регенерации поглотителя для его повторного использования. Если концентрация газа в газовой фазе ниже концентрации, соответствующей равновесию газ—жидкость, то газ, переходит из раствора в газовый поток, т.е. происходит процесс десорбции.

Десорбцию газа проводят:

1. отгонкой его в токе инертного газа или водяного пара;

2. путем подвода тепла к абсорбенту;

3. путем снижения давления над абсорбентом.

Отгонка в токе инертного газа или водяного пара. В этом случае десорбирующим агентом является инертный газ или водяной пар. Десорбирующий агент приводят в соприкосновение с раствором. Так как пар­циальное давление распределяемого компонента над раствором выше, чем равновесное давление в десорбирующем агенте, то происходит переход этого компонента из раствора в поток газа или водяного пара.

Для более полного выделения растворенного газа из поглотителя про­цесс десорбции в токе инертного газа (водяного пара) обычно осуществ­ляют в противоточных тарельчатых или насадочных колоннах. В качестве инертного газа, как правило, используют воздух, с которым смешивается выделяющийся из поглотителя газ. Последующее извлечение газа из газовой смеси затруднительно. Поэтому данный метод десорбции при­меняют в тех случаях, когда извлеченный из газовой смеси компонент в дальнейшем не используется (например, является вредной примесью, удаляемой из смеси).

Водяной, пар как десорбирующий агент применяют для извлечения нерастворимых в воде газов. При этом смесь десорбированного газа и водяного пара из десорбера направляют в конденсатор, в котором происходит отделение газа от водяного пара путем конденсации послед­него. Если же температура кипения десорбированного компонента высока, то его конденсируют совместно с водяным паром и затем отделяют от воды отстаиванием.

Подвод тепла к абсорбенту. При подводе тепла в десорбер, например при обогреве его глухим паром, из раствора вместе с десорбируемым ком­понентом испаряется часть абсорбента. Для разделения образующейся при этом смеси применяют ректификацию.

Снижение давления над абсорбентом. Этот способ десорбции наиболее прост, особенно в тех случаях, когда процесс абсорбции проводится под давлением выше атмосферного и десорбцию можно осуществить путем снижения давления до атмосферного. Если же абсорбцию проводят при атмосферном давлении, процесс десорбции осуществляют в вакууме, причем десорбированный компонент отсасывают вакуум-насосом. Для более полного извлечения абсорбированного компонента из раствора десорбцию при пониженном давлении нередко комбинируют с десорбцией путем подвода тепла,

4. Схемы абсорбционных установок

Промышленные схемы абсорбционных установок бывают противоточные, прямоточные, одноступенчатые с рециркуляцией и многоступен­чатые с рециркуляцией.

При противоточной схеме абсорбции (рис. XIV-27) газ проходит через абсорбер снизу вверх, а жидкость стекает сверху вниз. Так как при противотоке уходящий газ соприкасается со свежим абсор­бентом, над которым парциальное давление поглощаемого компонента равно нулю (или очень мало), то можно достичь более полного извлечения компонента из газовой смеси, чем при прямоточной схеме (рис. XIV-28), где уходящий газ соприкасается с концентрированным раствором поглощаемого газа. Кроме того, при противотоке можно достиг­нуть более высокой степени насыщения поглотителя извлекаемым компо­нентом, что, в свою очередь, приводит к уменьшению расхода абсорбента. Для отвода тепла, выделяющегося при абсорбции, а также для повы­шения плотности орошения в Колоннах с насадкой часто применяют схемы с рециркуляцией части абсорбента.

Рис.XIV-27.

Рис.XIV-28.

На рис. XIV-28 представлена схема одноступенчатой абсорб­ции с частичной рециркуляцией абсорбента. Часть жидкости концентра­цией Х_к отбирается из нижней части колонны в качестве конечного про­дукта, а другая ее часть возвращается насосом на верх колонны, где жидкость присоединяется к поглотителю, имеющему начальную кон­центрацию Х_н. В результате образуется смесь, концентрация которой равна Х_см, причем Х_см > Х_н.

Схема многоступенчатой абсорбции с рециркуляцией части жидкости приведена на рис. XIV-28. При этом газ проходит последова­тельно через все колонны навстречу жидкости. На диаграмме Y—X рабочая линия для всей системы изображается прямой АВ. Эта прямая состоит из отрезков AC, CD и DB, соответствующих рабочим линиям для отдельных колонн. При отсутствии рециркуляции данную систему можно было бы рассматривать как один абсорбер, разделенный на части. Если каждая отдельная колонна работает с рециркуляцией жидкости, то рабочие линии для каждой из этих колонн выразятся отрезками A'С, C'D и D'B. Рассмотренная схема широко распространена в промышлен­ности.

Количество жидкости, проходящей через абсорберы, работающие по схеме с рециркуляцией поглотителя, при одном и том же расходе свежего абсорбента значительно больше, чем в схемах без рециркуляции. В ре­зультате увеличивается коэффициент массоотдачи в жидкой фазе _ж при некотором снижении движущей силы процесса (рис. XIV-30).

Применение схем с рециркуляцией поглотителя целесообразно в сле­дующих случаях:

1. когда основное сопротивление массопередаче сосредоточено в жидкой фазе;

2. при необходимости охлаждать поглотитель в процессе абсорбции;

3. для улучшения смачивания насадки (при малых плотностях орошения).

Вместе с тем рециркуляция жидкости приводит к усложнению абсорбционных установок и дополнительным расходам энергии на перекачивание рециркулирующей фазы.

XIV-29.

XIV-29.

XIV-29.

Схемы установок, приведенные на рис. XIV-27—XIV-30, относятся к насадочным абсорбентам, в которых затруднительна организация вну­треннего отвода тепла в процессе абсорбции. В тарельчатых абсорберах охлаждающие устройства (например, змеевики) устанавливают непосред­ственно на тарелках, что является существенным преимуществом этих аппаратов при проведении в них процессов абсорбции, протекающих со значительным выделением тепла.

На рис. XIV-30 представлена схема абсорбционной установки с рецир­куляцией жидкости и десорбцией. Насыщенный поглощенным компо­нентом абсорбент из последнего (по ходу жидкости) абсорбера 1 сливается в сборник 2, откуда насосом 5 через теплообменник 8 подается в десорбционную колонну 9, где освобождается от растворенного газа. Регенери­рованный поглотитель из колонны 9 поступает в теплообменник 8, где отдает тепло жидкости, направляемой на десорбцию, и далее через хо­лодильник 10 возвращается в цикл орошения первого (по ходу жидкости) абсорбера.

XIV-30.