Какие факторы и как влияют на равновесие между газом и жидким поглотителем при абсорбции? Опишите способы регенерации абсорбентов.
Факторы, влияющие на равновесие системы пар-жидкость:
Давление. В общем случае реальные смеси не подчиняются закону Рауля. Степень отклонения свойств реального раствора от свойств идеального определяется величиной коэффициента активности
:
Для смеси с положительным отклонением
от закона Рауля (
)
зависимость полного давления проходит
выше линии, которая соответствует
идеальным смесям, при
– ниже линии для идеальных смесей.
Закон Генри также описывает равновесие пар-жидкость:
где
– парциальное давление газа над
раствором;
– мольная концентрация газа в растворе;
– коэффициент пропорциональности
(коэффициент Генри).
По закону Дальтона общее давление:
При увеличении давления в системе равновесие смещается в сторону жидкости, следовательно процесс абсорбции улучшается за счет перехода абсорбата в жидкое состояние.
Температура. Увеличение температуры ведет увеличению парообразования и уменьшению растворимости улавливаемый компонент переходит в парообразное состояние, процесс абсорбции ухудшается.
Футигивность. Более летучие компоненты наиболее просто покидают смесь.
Регенерация абсорбентов производится в процессе десорбции, которая в свою очередь осуществляется при высоких температурах и низких давлениях.
Проанализируйте влияние расхода абсорбента на размеры аппарата и на энергозатраты при реализации процесса.
Удельный расход абсорбента:
Линии
соответствуют этому удельному расходу
(рис. 10.1). Предельный расход абсорбента,
которого соответствует линии
:
Рисунок 10.1 – Рабочие линии при различных расходах абсорбента
По рисунку видно, что абсорбция при этом расходе происходит наиболее полно, так как концентрации абсорбата в абсорбенте и инерте достигают равновесия. Это значит, что тепловой эффект в этом случае наибольший. Поток абсорбента для этого увеличивается. Следовательно, энергозатраты увеличиваются в связи с увеличением объема перекачиваемой жидкости и затратами на рециркуляцию. Диаметр аппарата увеличивается, а высота уменьшается:
В каком случае эффективность разделения смесей выше: при простой перегонке или при перегонке с дефлегмацией? Ответ проиллюстрируйте на диаграмме фазового равновесия.
Эффективность разделения смесей выше при перегонке с дефлегмацией (ректификации), чем при простой перегонке. Это можно объяснить термодинамикой фазового равновесия и видно на диаграмме фазового равновесия (рис. 11.1).
Рисунок 11.1 – Схема двухступенчатой дистилляционной установки с дефлегмацией и сепарацией паров во второй ступени и ее процесс на T-x,y – диаграмме
При перегонке с дефлегматором пары частично конденсируются в нем (преимущественно НК). Часть флегмы возвращается в куб, часть отбирается как дистиллят. Пар, поднимаясь по колонне, контактирует с флегмой и обогащается НК, обедняясь ВК.
При простой перегонке образующийся пар, насыщенный ВК и НК в определенном соотношении, отводится из аппарата, и постепенно устанавливается равновесие, при условии того, что к концу перегонки установится определенная температура (рис. 11.2).
Рисунок
11.2 – Зависимость температур кипения и
конденсации от состава фаз при
Опишите влияние величины флегмового числа на основные размеры колонн и на энергозатраты при ректификации смесей.
Флегмовое число – это безразмерная величина, характеризующая соотношение между массой флегмы и расходом греющего пара.
Таблица 12.1 – Влияние флегмового числа на процесс ректификации
На размеры колонны |
Рост флегмового числа ведет к увеличению диаметра и высоты колонны, так как требуется большее пространство для циркуляции жидкой флегмы. |
На расход греющего пара |
При увеличении флегмового числа расход пара возрастает, так как для поддержания необходимого уровня флегмы требуется больше энергии и пара. |
На эффективность разделения |
Оптимальный флегмовое число обеспечивает баланс между эффективностью разделения и экономичностью процесса. |
Оптимальное флегмовое число – это такое значение, при котором достигается максимальная эффективность разделения при минимальных расходах энергии и оборудования.
Рекомендуемый диапазон:
Значения ниже 0,4 приводят к недостаточной циркуляции флегмы, ухудшают разделение.
Значения выше 0,6 увеличивают размеры и затраты, не давая существенного прироста эффективности.