7. Равновесие при абсорбции. Равновесие между фазами Закон Генри.

Абсорбцией называют процесс поглощения газа жидким поглотителем, в котором газ растворим в той или иной степени. Обратный процесс – выделение растворенного газа из раствора – носит название десорбции.

ГЕНРИ ЗАКОН: растворимость газа при заданной т-ре пропорциональна его давлению над р-ром

8. Физическая и химическая абсорбция (хемосорбция).

Абсо́рбция (лат. absorptio от absorbere — поглощать) — это явление поглощения сорбата всем объёмом сорбента. Абсорбция — частный случай сорбции.

Абсорбция, как правило, означает поглощение газов в объёме жидкости или реже твёрдого тела. Поглощение твёрдым абсорбентом, например, водорода палладием, называют окклюзией. Для процесса поглощения молекул газа или жидкости поверхностью твёрдого тела в русском языке используется термин адсорбция.

На практике абсорбции подвергают не отдельные газы, а газовые смеси, составные части которых поглощаются жидкостью. Эти составные части смеси называют абсорбируемыми компонентами (абсорбат), а непоглощаемые части — инертным газом.

Различают физическую абсорбцию и хемосорбцию.

При физической абсорбции процесс поглощения не сопровождается химической реакцией.

При хемосорбции абсорбируемый компонент вступает в химическую реакцию с веществом абсорбента.

Согласно закону Генри растворимость газа в жидкости пропорциональна давлению, под которым газ находится, но при условии, что газ при растворении не образует новых соединений и молекулы его не полимеризуются[1].

Всякое плотное тело сгущает довольно значительно прилегающие непосредственно к его поверхности частицы окружающего его газообразного вещества. Если такое тело пористо, как, например, древесный уголь или губчатая платина, то это уплотнение газов имеет место и по всей внутренней поверхности его пор, а тем самым, следовательно, и в гораздо более высокой степени. Вот наглядный пример этого: если взять кусок свежепрокалённого древесного угля, бросить его в бутылку, содержащую углекислый или другой газ, и закрыв её сейчас же пальцем, опустить отверстием вниз в ртутную ванну, то мы вскоре увидим, что ртуть поднимается и входит в бутылку; это прямо доказывает, что уголь поглотил углекислоту или иначе наступило уплотнение, абсорбция газа.

При всяком уплотнении выделяется тепло; поэтому, если уголь растереть в порошок, что, например, практикуется при фабрикации пороха, и оставить лежать в куче, то от происходящего здесь поглощения воздуха масса так нагревается, что может произойти самовоспламенение. На этом именно согревании, зависящем от абсорбции, основано устройство платиновой горелки Дёберейнера. Находящийся там кусок губчатой платины уплотняет так сильно кислород воздуха и направленную на него струю водорода, что сам постепенно начинает накаливаться и наконец воспламеняет водород. Вещества, которые абсорбируют — поглощают из воздуха водяной пар, сгущают его тоже в себе, образуя воду, и от этого становятся влажными, как, например, нечистая поваренная соль, поташ, хлористый кальций и т. п. Такие тела зовутся гигроскопическими.

9. Понятие об устройстве абсорбционных аппаратов (поверхностные и пленочные абсорберы, насадочные, барботажные, распыливающие).

Абсорбцией называют процесс поглощения растворимого компонента газовой смеси жидким поглотителем. Абсорбцию применяют в промышленности для получения готового продукта (производство кислот), разделения газовых смесей (получение бензола из коксового газа), улавливания вредных (H2S, CO, влага) и ценных (рекуперация спиртов и др.) компонентов. При абсорбции происходит контакт жидкости и газа; при этом масса одного из компонентов газовой фазы переносится в жидкую фазу или наоборот (десорбция). При наличии разности концентраций или парциальных давлений между фазами (движущая сила процесса) происходит процесс массопередачи, который прекращается при достижении состояния равновесия.

Выбор типа абсорбера определяется видом контакта потоков газа и жидкости. Для создания развитой поверхности контакта фаз газ пропускают через колонку с насадкой, орошаемую жидкостью (насадочные абсорберы), либо через аппарат, в котором жидкость распыливается форсунками или вращающимися механическими элементами (распыливающие абсорберы).

Насадочные абсорберы представляют собой колонны, заполненные насадкой, которую укладывают в один или несколько слоев. Жидкость стекает по насадке в виде пленки, газ движется противотоком. В качестве насадок используют кольца, седла, куски кокса или кварца, бруски дерева, полиэтиленовые розетки и др. Выбор насадки определяется как ее химической и механической стойкостью так и характеристиками насадки (удельной поверхностью f в м2м3 и свободным объемом Vc в м3м3). Обычно в промышленности используют колонны диаметром от 1000 до 3000 мм.

Барботажные тарельчатые абсорберы также работают при противотоке газа и жидкости, которая переливается с тарелки на тарелку по сливным патрубкам. Газ распределяется между колпачками и барботирует сквозь слой жидкости на тарелке. Помимо колпачковых широкое распространение получили ситчатые и провальные тарелки, используемые также в процессах ректификации. Обычные диаметры колонн от 1000 до 3600 мм. Выбор материала колонн определяется технологическими требованиями. Колонны изготовляют из стали (ст. 3 и Х18Н10Т), керамики, чугуна, титана и графита. В тарельчатых колоннах легче отводить тепло, выделяющееся при абсорбции.

Поверхностные абсорберы обычно выполняют из керамики и используют при выделении растворимых компонентов и одновременном отводе тепла; их применяют ограниченно. Пленочные абсорберы работают при прямотоке и противотоке газа и жидкости. Жидкость подается сверху, распределяется по трубам или вертикальным пластинам и стекает вниз тонкой пленкой. Пленочные абсорберы отличаются малым гидравлическим сопротивлением (при нисходящей пленке) и значительной поверхностью контакта фаз. В этих абсорберах довольно удобно отводить выделяющееся тепло.

В распылительных абсорберах поверхность контакта фаз образуется при распыливании жидкости в газе на мелкие капли. В этих абсорберах распыливание жидкости производится либо форсунками, либо за счет кинетической энергии движущегося потока, либо при помощи вращающихся деталей. Эти аппараты просты по устройству, отличаются малым гидравлическим сопротивлением, могут работать при загрязненных газах. Эффективность полых абсорберов невысока, особенно, при малых нагрузках по жидкости. Для повышения интенсивности процесса применяют скоростные прямоточные абсорберы.

10. Основы расчета абсорберов.

11. Десорбция, схемы абсорбционных установок.

Десорбция (от де... и лат. sorbeo — поглощаю), удаление адсорбированного вещества с поверхности адсорбента. Д. обратна адсорбции и происходит при уменьшении концентрации адсорбируемого вещества в среде, окружающей адсорбент, а также при повышении температуры. Д. применяют для извлечения из адсорбентов поглощённых ими газов, паров или растворённых веществ, а также для регенерации адсорбента. Практически при Д. через слой адсорбента продувают горячий водяной пар, воздух или инертные газы, увлекающие ранее поглощённое вещество, или промывают слой адсорбента различными реагентами, которые растворяют адсорбированное вещество. Адсорбент после Д. обычно сушат и охлаждают. Скорость Д. зависит от температуры, природы и скорости потока десорбирующего газа или растворителя, а также от особенностей структуры адсорбента. Д. — один из обязательных циклов при адсорбции в аппаратах периодического действия. Д. в адсорберах с подвижным адсорбционным слоем протекает непрерывно.

Устройство абсорберов

При абсорбции процесс массопередачи протекает на поверхности раздела фаз. Поэтому в аппаратах для поглощения газов жидкостями (абсорберах) должна быть создана развитая поверхность соприкосновения между газом и жидкостью.

По способу образования этой поверхности абсорбционные аппараты можно разделить на поверхностные, барботажные и распиливающие. При выборе типа абсорбера необходимо в каждом конкретном случае исходить из физико-химических условий проведения процесса с учетом технико-экономических факторов.

Исходя из агрессивности среды, можно выбрать сетчатый тип тарелок. Область применения таких тарелок для процессов, протекающих при любом давлении и стабильных режимах. Диапазон устойчивости тарелок 2.

Колоны с тарелками без сливных устройств.

В тарелки без сливных устройств газ и жидкость проходят через одни и те же отверстия или щели. На тарелке одновременно с взаимодействием жидкости и газа путем барботажа происходит сток части жидкости на нижерасположенную тарелку - "проваливание" жидкости. Поэтому тарелки такого типа обычно называются провальными. К ним относятся дырчатые, решетчатые, трубчатые и волнистые тарелки.

Гидродинамический режим работы провальных тарелок.

Эти режимы можно на основе зависимости их гидравлического сопротивления от скорости газа при постоянной плотности орошения. При малых ? жидкость на тарелке не задерживается, так как мала сила трения между фазами. С увеличением скорости газа жидкость начинает накапливаться на тарелке и газ барбатирует сквозь жидкость. В интервале скорости газа, тарела работает в нормальном режиме. При этом газ и жидкость попеременно проходят через одни и теже отверстия. Если скорость газа еще больше возрастает, то, в следствии увеличения трения между газом и жидкостью, резко увеличивается накопление жидкости на тарелке и соответственно - ее гидравлическое сопротивление, что способствует наступлению состояния захлебывания.