10. Физические основы процесса абсорция и десорбция Равновесие между фазами

Растворимость газов в жидкостях зависит от свойств газа и жидкости, от температуры и парциального давления раство­ряющегося газа (компонента) в газовой смеси.

Законом Генри: равновесное парциальное давление р* пропорционально содержанию растворенного газа в растворе X (в кг/кг погло­тителя)

где

Ψ- коэффициент пропорциональности, имеющий размер­ность давления и зависящей от свойств растворенного газа и поглотителя и от температуры.

Растворимость многих газов значительно отклоняется ог закона Генри.

Для практических расчетов пользуются полученными из опыта значениями равновесного парциального давления газа и вычисляют равновесное содержание абсорбируемого компо­нента в газовой смеси по формуле

где и — молекулярные массы абсорбируемого компонен­та и инертного (неабсорбируемого) газа;

Р—общее давление газовой смеси.

По найденным значениям Y* строят линию равновесия

Материальный баланс

Материальный баланс абсорбера характеризуется уравне­нием

в котором G — количество инертного газа, кг/сек; L — количество поглотителя, кг/сек; Y — содержание компонента в газовой фазе, кг/кг инертного газа; X — содержание компо­нента в жидкой фазе, кг/кг поглотителя.

Отношение количества фактически поглощенного компонента G(Y₁ — У₂) к количеству, поглощаемому при полном извлечении, назы­вается степенью извлечения^

Тепловой баланс

Если абсорбция ведется без отвода тепла или с неполным его отводом, температура повышается вследствие выделения тепла при растворении газа в жидкости. Повышение температуры ведет к повышению равновесного пар­циального давления компонента и к сдвигу линии равновесия вверх. Движу­щая сила при этом уменьшается и условия абсорбции ухудшаются.

Количество выделяющегося при абсорбции тепла составляет (1)

где Ф — дифференциальная теплота растворения (в дж/кг), т. е. количество тепла, выделяющегося при поглощении 1 кг компонента в растворе данной концентрации;

М — количество поглощенного компонента, кг/сек

Если абсорбция ведется без отвода тепла, можно считать, что все выде­ляющееся тепло идет на нагревание жидкости:

(2)

где с— удельная теплоемкость жидкости, дж/кгград

^{t1 и t2 — температуры жидкости на выходе из абсорбера и на входе в него.}

Приравнивая правые части уравнений (1) и (2), получим уравнение теплового баланса абсорбера, работающего без отвода тепла:

12. Схемы абсорбционных установок.

Схема с рециркуляцией поглотителя показана на рис. 17-13. Вытекающая из абсорбера 1 жидкость насосом 2 через холо­дильник 3 снова подается в абсорбер. Часть вытекающей из аб­сорбера жидкости отводится из системы, а взамен подается со­ответствующее количество свежего поглотителя.

При рециркуляции свежий по­глотитель смешивается с поглотите­лем, уже насыщенным извлекае­мым компонентом; таким образом, содержание этого компонента в по­ступающей на абсорбер жидкости больше, чем при отсутствии ре­циркуляции. В связи с этим умень­шается движущая сила процесса массопередачи и ухудшается извле­чение компонента из газовой смеси.

Несмотря на отмеченные недо­статки, абсорбция с рециркуляцией поглотителя находит применение благодаря тому, что в этом про­цессе удается повысить плотность орошения и осуществить от­вод тепла в выносном холодильнике.

Схема с последовательным соединением абсорберов показана на рис. 17-14 и 17-15.

В схеме, представленной на рис. 17-14, абсорберы соединены друг с другом противотоком; передача жидкости из одного аб­сорбера в другой производится насосами. Тепло отводится в хо­лодильниках, установленных на жидкостных линиях между аб­сорберами (промежуточное охлаждение). Абсорбция, проводи­мая по такой схеме, соответствует поглощению газа в одном аб­сорбере, высота которого больше высоты каждого абсорбера во столько раз, сколько абсорберов соединено последовательно.

На рис. 17-15 показана схема последовательного соединения абсорберов при рециркуляции поглотителя в системе каждого аб­сорбера В данном случае основное назначение рециркуляции — увеличение плотности орошения. Абсорбционная установка в этой схеме сочетается с десорбционной. Насыщенный компонентом поглотитель из абсорбционной установки подается через теплообменник 5 в отгонную 6. В теплообменике поступающая на десорбцию жидкость подогревается регенерированным (освобожденным от компонента) поглотителем, вытекающим из отгонной колонны.

Регенерированный поглотитель пройдя теплообменник, охлаждается в холодильнике 4 и далее возвращается в абсорбционную установку