Lektsia_14_Absorbtsia_Vosstanovlen_Lektsia_1

4

Лекция №14

Лекция №1. Абсорбция.

Поглощение газов или паров из газовых или паровых смесей жидким поглотителем.

Процесс абсорбции отличает избирательность и обратимость.

Рис.1. Схема сочетания процессов абсорбции и десорбции: 1 – абсорбер; 2 – десорбер; 3 – теплообменник; 4 – холодильник; 5 – подогреватель; насос; 6 – дроссельный вентиль; «ИН+ПК» - исходная газовая смесь (инерт и + поглощаемый компонент); «А+ПК» - абсорбент + поглощаемый компонент; Q – подвод теплоты.

Требования к абсорбенту.

1. селективность;

2. нелетучесть;

3. дешевизна;

4. нетоксичность;

5. огневзрывобезопасность.

Применение процесса абсорбции.

а) получение целевых продуктов (абсорбция HCL водой в производстве соляной кислоты)

б) выделение ценных компонентов газовых смесей (ацетилена из газов крекинга метана);

в) удаление вредных примесей из газовых смесей (CO, CO₂ из азотоводородной смеси при синтезе аммиака).

Физическая абсорбция. Хемосорбция.

Поглощение газа за счет его растворения в абсорбенте – ф. а.

Поглощение газа в результате его химического взаимодействия с абсорбентом. – х.а.

Равновесие в процессах абсорбции.

Равновесие может быть представлено в форме закона Генри – закона растворимости газа в жидкости (уравнение прямой в прямоугольных координатах - тангенс угла наклона), где – коэффициент распределения, есть отношение Е (константы Генри) к Р (общего давления газовой фазы), а и - равновесные концентрации; или в форме криволинейной зависимости в прямоугольных координатах , если – переменная величина (зависит от уровня концентраций (см. рис.). Закон Генри «работает» в углу диаграммы фазового равновесия (область малых концентраций поглощаемого компонента (ПК).

Влияние температуры и давления на равновесие при абсорбции.

В соответствии с принципом Ле - Шателье при возрастании температуры уменьшается концентрация ПК в жидкой фазе (см. рис.). При возрастании давления, напротив, увеличивается концентрация ПК в жидкой фазе (см. рис.).

Рис. Диаграмма фазового равновесия газ – жидкость. Влияние температуры на состояние равновесия систем газ – жидкость.

Проведение процесса абсорбции осуществляют при повышенном давлении и пониженной температуре. Реализация процесса десорбции осуществляется при пониженном давлении и повышенной температуре системы.

Способы проведения процесса абсорбции.

Прямоток (см. раздел «Некоторые общие вопросы процессов массообмена»), противоток (см. там же), противоток с рециркуляцией абсорбента.

Абсорбция с рециркуляцией абсорбента.

К такому способу абсорбции прибегают тогда, когда: стоимость абсорбента велика, и желательно сократить расход свежего абсорбента (в задачах проектирования); требуется увеличить плотность орошения насадки при сохранении расхода свежего абсорбента (в задачах эксплуатации).

Схема работы абсорбера с рециркуляцией абсорбента показана на рисунке.

Коэффициент рециркуляции показывает: какая масса отработанного абсорбента возвращается на единицу массы свежего абсорбента, т.е. размерность этой величины есть кг А отраб./кг А свежего.

Для вывода уравнения рабочей линии процесса абсорбции с рециркуляцией абсорбента составляют уравнение материального баланса для контура К₁ по ПК

; откуда

. (1.1)

Уравнение (1.1) – уравнение рабочей линии процесса абсорбции с рециркуляцией абсорбента.

Для установления связи между составами жидкой фазы на входе в абсорбер составляют уравнение материального баланса для контура К₁ по ПК

, откуда, при известных значениях и, можно определить состав смеси

. (2.1)

При n = 0 уравнение (1.1) с учетом уравнения (2.1) трансформируется в уравнение р.л. для противоточного процесса абсорбции без рециркуляции

.

Коэффициент рециркуляции имеет следующие предельные значения: - для абсорбции без рециркуляции (на рисунке – р.л. 2); - при предельном положении рабочей линии процесса абсорбции с рециркуляцией (на рисунке – р.л. 3), когда. Действительная рабочая линия построена для и проходит через точки А() и С().

Зная положение действительной рабочей линии, определяют число теоретических тарелок или число единиц переноса массы и далее по «списку». Заметим, что минимальное число теоретических тарелок получают при , максимальное – при .