Лекция 14 Абсорбция

Абсорбцией называется избирательное поглощение компонентов паровых или газовых смесей жидким поглотителем. Десорбция - процесс обратный абсорбции, т.е. переход отдельных компонентов жидкой смеси в газовую фазу. Абсорбтив - распределяемый компонент газовой фазы, переходящий в жидкую. Абсорбент- жидкий поглотитель. Инертный газ - компонент газовой смеси не переходящий границу раздела фаз.

Различают физическую абсорбцию, не сопровождающуюся химическими реакциями, и хемосорбцию, при которой абсорбтив образует с абсорбентом химическое соединение.

Абсорбция широко применяется в промышленности для извлечения ценных компонентов газовых смесей (бензола из коксового газа) или очистки их от вредных примесей (коксового газа от сероводорода), а также с целью получения готового продукта (серной кислоты за счет поглощения водой).

Особенности равновесия и массопередачи в процессе абсорбции

При записи уравнений материального баланса и рабочих линий целесообразно выбирать единицы измерения расходов таковыми, чтобы эти величины не менялись по высоте аппарата. Это сделает рабочие линии прямыми и упростит процедуру расчета. В случае абсорбции по высоте колонны не изменяются массовые и мольные расходы инертного газа и абсорбента, что позволяет использовать их в уравнениях материального баланса и рабочих линий в совокупности с относительными массовыми и относительными мольными концентрациями распределяемых компонентов. Выберем, например, массовые расходы и концентрации, тогда

(1)

, (противоток) (2)

, (прямоток) (3)

где массовые расходы инертного газа и абсорбента (кг/с); - относительные массовые концентрации абсорбтива в инертном газе (кг абсорбтива/ кг инертного газа) и в абсорбенте (кг абсорбтива/ кг абсорбента). С использованием этих же концентраций запишем уравнение линии равновесия.

; =кг абсорбента/ кг инертного газа (4)

В связи с этим коэффициенты распределения , способы определения которых подробно рассмотрены, как для равновесия в системах пар - жидкость, так и газ - жидкость, необходимо перевести в соответствующие единицы измерения .

Использование противотока позволяет достигать больших конечных концентраций абсорбтива в абсорбенте и, как следует из уравнения материального баланса (1), применять меньшие значения расхода абсорбента .

Эффективность работы массообменного аппарата может быть охарактеризована степенью извлечения распределяемого компонента из отдающей его фазы. Вводится понятие коэффициента извлечения , являющегося отношением количества компонента перешедшего в другую фазу к максимально возможному. Наибольшее количество абсорбтива может поглотиться абсорбентом при достижении равновесия уходящего газа с поступающей жидкостью, т.е. . Тогда

(5)

Можно показать /Рамм/, что в случае идеального вытеснения и для одинаковых и средняя движущая сила массопередачи больше, а высота аппарата, следовательно, меньше при противотоке по сравнению с прямотоком, или для одинаковых и при противотоке больше, чем при прямотоке. Этим объясняется преимущественное применение противоточного движения фаз в процессе абсорбции.

Увеличение движущей силы массопередачи при проведении процесса абсорбции можно достичь также уменьшением коэффициентов распределения . При абсорбции паровых компонентов для этого необходимо увеличивать давление в системе или уменьшать температуру , так как давление насыщенного пара прямо пропорционально температуре. Такой же вывод можно сделать и для газовых компонентов, так как коэффициенты Генри так же пропорциональны температуре.

В том случае, когда при растворении абсорбтива в абсорбенте выделяется значительное количество тепла и не предусмотрен его отвод из аппарата, происходит повышение температуры жидкой фазы и, следовательно, коэффициента распределения и уменьшение движущей силы процесса. Для учета этого эффекта необходимо использовать уравнение теплового баланса.

Решив его относительно , можно определить температуру, в каждом сечении аппарата, а затем и коэффициент распределения и равновесную концентрацию .

Выделения тепла при растворении абсорбтива приводит к уменьшению движущей силы процесса. Чтобы этого избежать, в аппаратах для проведения таких процессов предусматривается отвод тепла с помощью охлаждающего агента.

В процессе хемосорбции абсорбтив вступает в химическое соединение с абсорбентом, образуя новое вещество, следовательно, концентрация распределяемого компонента в жидкой фазе за счет этого уменьшается. Это приводит к уменьшению равновесной концентрации (равновесная линия снижается) и увеличению движущей силы процесса абсорбции.

В зависимости от величины коэффициентов распределения , компоненты газовой смеси можно подразделить на хорошо растворимые в абсорбенте ( -мало) и плохо растворимые ( -велико). Очевидно, что для поглощения данного компонента следует подбирать абсорбент, обеспечивающий по возможности лучшее его растворение (меньшее значение ) и, соответственно большую движущую силу.

Таким образом, на движущую силу абсорбции влияют вид и расход абсорбента, давление и температура. Они могут служить параметрами оптимизации при проектировании абсорберов.

Для хорошо растворимых компонентов, как правило, т.е. основное сопротивление массопередачи сосредоточенно в газовой фазе, а для плохо растворимых ( -велико) - в жидкой.