Тепловой баланс в ректификационной установке

При проведении процесса ректификации происходит обмен тепловой энергией между контактирующими паровой и жидкой фазами. Приходными статьями теплового баланса колонны являются тепло, вноси­мое сырьем и тепло, подводимое в низ колонны через кипятильник. Расходными статьями является тепло отводимое из колонны парами рек­тификата жидким остатком, и тепло, отнимаемое потоком хлада­гента на верху колонны для образования флегмы. Тепловой баланс колонны без учета теплопотерь в окружающую среду запишется в виде:

F – площадь поверхности колон

- температура корпуса

Абсорбция

Абсорбция — процесс избирательного поглощения компо­нентов газовой смеси жидким поглотителем (абсорбентом). Процесс аб­сорбции происходит в том случае, когда парциальное давление извлекаемо­го компонента в газовой смеси выше, чем в жидком абсорбенте, вступаю­щем в контакт с этим газом, т.е. для протекания абсорбции необходимо, чтобы газ и абсорбент не находились в состоянии равновесия. Различие в парциальном давлении извлекаемого компонента в газе и жидкости являет­ся той движущей силой, под действием которой происходит поглощение (абсорбция) данного компонента жидкой фазой из газовой фазы. Чем больше эта движущая сила, тем интенсивнее переходит этот компонент из газовой фазы в жидкую.

Поглощение компонентов газовой смеси при абсорбции сопровожда­ется выделением тепла, величина которого пропорциональна массе и теп­лоте растворения q_А поглощенных компонентов.

Процесс абсорбции обратимый, поэтому он используется не только для получения растворов газов в жидкостях, но и для разделения газовых смесей. При этом после поглощения одного или нескольких компонентов газа из газовой смеси необходимо произвести выделение из абсорбента поглощенных компонентов т.е. десорбцию.

При выборе абсорбента учитывают состав разделяемого газа, давление и температуру процесса, производительность установки. Выбор абсорбента определяется также его селективностью, поглотительной способностью, коррозионной активностью, стоимостью, токсичностью и другими факто­рами.

В отличие от ректификации процесс абсорбции протекает в основном однонаправлено, т.е. абсорбент можно считать практически нелетучим. В случае абсорбции многокомпонентной газовой смеси на некоторой ее ста­дии отдельные компоненты могут вытесняться другими поглощаемыми компонентами. В результате наряду с процессом абсорбции будет проте­кать процесс частичной десорбции некоторых компонентов, что приведет к распределению компонентов между газовой и жидкой фазами.

В промышленности абсорбция с последующей десорбцией ши­роко применяется для выделения из газовых смесей ценных ком­понентов, для очистки технологических и горючих газов от вредных примесей, для санитарной очистки газов и т. д.

В некоторых случаях десорбцию не проводят, если извлекае­мый компонент и поглотитель являются дешевыми или отброс­ными продуктами или если в результате абсорбции получается готовый продукт.

Установки для абсорбции

Процесс селективный, подчиненный закону Генри:

P =EX

P – давление газа над жидкостью

Х – концентрация компонентов жидкости

Е – константы Генри

G – газ

L – жидкая фаза

Материальный баланс схемы:

, М – распределяемый компонент

Схема прямоточной абсорбции:

В прямоточной схеме потоки газа и жидкости движутся параллельно друг другу. Газ с большей концентрацией распределяемого вещества контактируется с жидкостью, имеющей меньшую концентрацию распределяемого компонента, а газ с меньшей концентрацией взаимодействует на выходе аппарата с жидкостью, имеющей большую концентрацию распределяемого вещества.

1 – 2 – рабочая линия

Схема противоточной абсорбции:

При противоточной схеме абсорбции 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, 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.

1 – 2 – рабочая линия