6 Понятие о процессе десорбции. Схема материальных потоков в десорбере. Тепловой баланс десорбера

Понятие о процессе десорбции

Процесс обратного выделения из насыщенного абсорбента поглощенных им легких углеводородов называется десорбцией и осуществляется в колонных аппаратах - десорберах, работающих по принципу ректификационных колонн.

Десорбция производится путем нагрева абсорбента на входе в колонну и до отпарки остатка водяным паром или парами циркулирующего через нижнюю часть колонны абсорбента (рисунок 3).

Рисунок 3 – Схема материальных потоков в десорбере

Для осуществления процесса десорбции необходимо, чтобы концентрация извлекаемых компонентов в газе была ниже равновесной, поэтому рабочая линия располагается ниже кривой равновесия (рисунок 4).

Рисунок 4 – Равновесная и рабочая линии процесса десорбции

Процесс десорбции рассчитывается по формулам, применяемым для абсорбции, только вместо фактора абсорбции А вводится противоположный ему фактор десорбции (отпарки) S: (31)

или (32)

где W – количество водяного пара в молях.

Поскольку в водяном паре или парах углеводородов, подаваемых для отпарки, отсутствуют десорбируемые компоненты, уравнение десорбции будет иметь вид: (33)

где – относительная концентрация компонента в исходном абсорбенте при входе в десорбер.

- относительная концентрация компонента в тощем абсорбенте, сливающегося с нижней тарелки десорбера.

• – коэффициент извлечения компонента из насыщенного абсорбента относительно его исходного содержания в абсорбенте.

Для расчета процесса десорбции обычно принимают извлечение из абсорбента 99% пентана, а затем по диаграмме Кремсера определяют значение S_С5 при заданном числе тарелок (см. рисунок 5).

Рисунок 5 – Диаграмма Кремсера. Цифры на кривых – число тарелок

Расход водяного пара определяется по формуле(34)

Принятые условия обеспечивают отпарку более тяжелых углеводородов газового бензина, содержащегося в абсорбенте. При повышении температуры нагрева абсорбента снижается расход пара, при повышении давления – увеличивается. Из диаграммы Кремсера следует, что с увеличением числа тарелок величина S снижается, соответственно уменьшается и расход пара.

Удельный весовой расход пара рассчитывается по следующим формулам (35)

где q_п – вес водяного пара, кг; q_а – вес абсорбента, кг; М – молекулярный вес абсорбента.

Подставляя в формулу (34) получим (36)

откуда (37)

Графический метод расчета тарелок в отпарной секции десорбера аналогичен расчету числа тарелок в абсорбере.

При десорбции с подогревом низа колонны парами циркулирующего абсорбента десорбер рассчитывается как обычная ректификационная колонна.

При десорбции с подачей пара основное количество тепла в десорбере, идущего на испарение орошения, получается за счет выделения теплоты конденсации водяного пара, проходящего в ректификационную часть колонны.

Часть водяного пара конденсируется и отводится в виде бокового потока (W_ж), а оставшийся пар (W₂) уходит через верх колонны с парами бензина

Тепловой баланс десорбера

Используя схему материальных потоков в десорбере (см. рисунок 3), составим тепловой баланс десорбера: (38)

где L – количество жидкой фазы;

V – количество паров;

υ_б – количество нестабильного бензина;

О – количество орошения;

W_n – количество водяного пара;

W_ж – количество сконденсированной воды на водоотборной тарелке;

q_n – теплосодержание пара;

q_ж – теплосодержание жидкости.

Уравнение содержит два неизвестных W_ж и q_n2. Водяной пар в верху колонны должен находиться в состоянии насыщения (при заданном количестве бензиновых паров О +υ_б).

Путем подбора определяют количество сконденсировавшегося пара и температуру верха колонны.

Практически количество подаваемого орошения составляет от 1:1 до 1:1,5 на дистиллят.

Температуру выходящего тощего масла принимают по фактическим данным на 2-5 ºС ниже температуры входа абсорбента.

Подача водяного пара вниз десорбера обеспечивает хорошую отпарку углеводородов, поглощенных абсорбентом в процессе абсорбции.

При десорбции с применением водяного пара в ректификационной секции колонны устанавливают 10-15 тарелок и одну или две дренажные тарелки для отвода водяного конденсата. При десорбции с подогревом низа колонны парами циркулирующего абсорбента внизу колонны ниже ввода циркулирующего абсорбента устанавливают 4-5 каскадных тарелок. В отпарной и ректификационных секциях устанавливают по 15-20 тарелок.