Головна

Апарати для проведення процесів адсорбції

  1.  II. Організація проведення атестації.
  2.  II. ПСИХОЛОГІЯ ПІЗНАВАЛЬНИХ ПРОЦЕСІВ
  3.  VII. Правила проведення робіт по сертифікації в системі сертифікації в цивільній авіації Російської Федерації
  4.  Автоматизація ділових процесів. Основні ділові процеси. Опис ділових процесів. Методика IDEF0.
  5.  Автоматизація ділових процесів. Основні підходи до аналізу ділових процесів.
  6.  АВТОМАТИЗАЦІЯ дробарок І ПРОЦЕСІВ ПЕРЕРОБКИ корнеклубнеплоди
  7.  Автоматизація проектування технологічних процесів

Сутність процесу адсорбції

Про здатність твердих тіл поглинати своєю поверхнею домішки з газових сумішей і розчинів рідин знали давно. Російський вчений Йоганн Ловиц (1757-1804) вперше вивчив цей процес в 1785 році і знайшов йому практичне застосування. Першим адсорбентом, що знайшов практичне застосування, став деревне вугілля. Вугілля застосовували у флоті для очищення питної води, на горілчаних заводах для очищення спирту, а потім і на цукрових заводах. У 1915 р академік Н. Д. Зелінський (1861-1953) створив першу універсальну вугільний протигаз для захисту органів дихання від отруйних речовин. Н.Д.Зелінський розробив спосіб активізації вугілля водяною парою і органічними речовинами і ввів термін активоване вугілля.

Процеси адсорбції в даний час застосовуються в різних галузях промисловості для очищення і осушення газів, для очищення розчинів від домішок і поділу сумішей газів і парів. Як приклади можна привести очищення повітря в протигазі, поділ газоподібних вуглеводнів, осушення природного газу від води і високомолекулярних вуглеводнів, очищення рідких нафтопродуктів від домішок і інші процеси. Процес адсорбції застосовується також для уловлювання парів летючих розчинників з пароповітряних сумішей, що утворюються в різних технологічних процесах, з метою повторного їх використання у виробництві, що має велике економічне значення і сприяє охороні навколишнього середовища. Висока значимість цього процесу можна простежити з таких прикладів.

Так, при виробництві 1 кг ацетатного волокна витрачається до 3 кг ацетону, при виробництві 1 кг віскози - до 0,5 кг сірковуглецю, при виробництві 1 кг целулоїду - до 1 кг етилового спирту, при виробництві 1 кг штучної шкіри - до 1,5 кг бензину. У готової продукції розчинник не міститься, тому що він весь випаровується на кінцевих стадіях виробництва.

Виділення великих кількостей парів летючих розчинників в повітря можуть призвести не тільки до втрат цих цінних продуктів і забруднення навколишнього середовища, а й до утворення вибухонебезпечних пароповітряних сумішей в виробничих приміщеннях. Тому не дивно, що проблеми уловлювання відпрацьованого розчинника надається дуже велике значення. Процес уловлювання відпрацьованого розчинника називається рекуперацією парів летючих розчинників.

 Схема процесу адсорбції в близькому до рівноважного стану зображена на рис. 6.4.

При зіткненні газу (або рідини) з поверхнею твердого тіла відбувається виборче поглинання (адсорбція) міститься в цьому газі (або рідини) компонента а. Одночасно відбувається зворотний процес: виділення (десорбція) якоїсь кількості компонента а з поверхні твердого тіла в газову (рідинну) середу. При достатньому часі дотику фаз швидкості прямого (адсорбції) і зворотного (десорбції) процесів зрівнюються, тобто настає адсорбційна рівновага.

Адсорбенти і їх характеристика

Як адсорбенти використовуються володіють високою пористістю тверді матеріали, тобто матеріали з великою питомою поверхнею. Найбільш поширені активні (активовані) вугілля, силікагель, активна окис алюмінію, цеоліти, діатоміти, трепели і деякі інші матеріали.

Активні вугілля виготовляються у вигляді гранул розміром від 1 до 7 мм, або у вигляді порошку. Загальна поверхня 1 г активованого вугілля досягає 400 м2 и більше. У промисловості вони застосовуються для поглинання парів органічних рідин з парогазових сумішей, для очищення розчинів від домішок. Недоліком вугілля є їх горючість і схильність деяких марок вугілля до самозаймання, що не дозволяє використовувати активні вугілля при температурах вище 200 ° С. За призначенням активні вугілля, що випускаються промисловістю, діляться на три основні групи.

- Освітлюючі вугілля, призначені для адсорбції з розчинів фарбувальних домішок, марок А і Б (питома поверхня 138м2/ Г), МД (90 м2/ Г), АГС-4 і ін.

- Рекупераціонние вугілля, що використовуються для адсорбції з газової фази парів органічних розчинників, марок АР-3 (питома поверхня 48 м2/ Г), APT, CKT-3 і ін.

- Активоване вугілля газового типу, призначені для тонкого очищення і
 поділу газів або адсорбції з розчинів речовин, при невеликих концентраціях, марок СКГ (питома поверхня 108 м2/ Г), СКТ-6А (178 м2/ Г), АГ-2, КАД-водний, БАУ і ін.

Силікагель (ксерогель кремнієвої кислоти - nSiО2) Виготовляється у вигляді зерен і кульок розміром від 0,2 до 7 мм і застосовується в процесах осушення повітря і промислових газів, осушення різних рідин, рекуперації парів органічних речовин, очищення масел, видалення з нафти смолистих речовин, очищення промислових стічних вод від іонів різних металів, для поділу радіоактивних ізотопів і в ін. процесах. Загальна поверхня 1 г силікагелю досягає 300-700 м2.

Приклади деяких марок силікагелю: КСМ-6П (крупнозернистий силікагель дрібнопористий) з діаметром кульок 2,8-7 мм, що має питому поверхню 527 м2/ Г і середній радіус пір 1,12 нм (1,12 10-9 м), МСК (дрібнозернистий силікагель великопористий), який має розмір зерен 0,25-2 мм, питому поверхню 380 м2/ Г і середній радіус пір 6,2 нм, КСС-5 (крупнозернистий силікагель спеціальний) з діаметром кульок 2,8-7 мм, що має питому поверхню 715 м2/ Г і середній радіус пір 1,61 нм, АСК (активоване силікагель великопористий) і ін.

Активна окис алюмінію виготовляється у вигляді гранул циліндричної форми діаметром 4-6 мм і довжиною 4-25 мм і використовується для осушення газів, очищення масел, очищення газів і рідин від фторсодержа-чих сполук і в ін. Процесах. Питома поверхня активного окису алюмінію марки А-1 досягає 180-200 м ~ / г з переважаючими радіусами пір 7 і 300 нм.

Цеоліт (молекулярні сита) виготовляються з розміром зерен 0,5-2 мм і мають з питому поверхнею більше 150 м2/ Г. Вони являють собою пористі штучні або синтетичні алюмосилікати зі строго регулярної кристалічної структурою і тому застосовуються для поділу газів або рідин за розмірами молекул, наприклад, для поділу нормальних парафінових вуглеводнів і вуглеводнів изостроения, для глибокого осушення і очищення газів і рідин і в ін. Процесах. Цеоліт виготовляються у вигляді кристалічних порошків, гранул або таблеток. Цеоліт класифікуються за різними ознаками і мають позначення LiA, NaA, NaX, СaX і ін.

Поняття про изотерме адсорбції, динамічної

і статичної активності адсорбенту

Природа сил, що викликають адсорбцію, складна і вивчена ще недостатньо повно. У той же час відомо, що при тривалому зіткненні адсорбенту з фазою, в якій знаходиться поглинається речовина, настає рівновага, тобто в одиницю часу поверхнею твердого тіла адсорбируется стільки ж речовини, стільки видаляється з його поверхні. Цей стан для малих концентрацій поглинається речовини в парогазової суміші може бути виражено співвідношенням

 (6.22)

де  - Рівноважна концентрація адсорбованої речовини, кг / кг адсорбенту;  - Рівноважна концентрація поглинається речовини в фазі, що стикається з адсорбентом, кг / кг інертної частини парогазової суміші або розчину; А та n - досвідчені коефіцієнти, причому n ? 1.

Процеси адсорбції супроводжуються виділенням тепла, тобто вони екзотермічні.

 Наведена залежність 6.22 відповідає певній температурі і зображується кривої, що носить назву ізотерми адсорбції (рис. 6.6).

Вид і характер ізотерм адсорбції залежить від багатьох факторів, але в першу чергу від природи адсорбенту, що поглинається речовини і інертною фази, з якої поглинається речовина.

Поглинальна здатність адсорбентів характеризується статичної та динамічної активністю. Відзначено, що при пропущенні парогазової суміші або розчину крізь шар адсорбенту через деякий час адсорбент перестає повністю поглинати виймається компонент - спостерігається так званий «проскакування» компонента через шар адсорбенту: починаючи з якогось моменту часу, концентрація компонента в відходить суміші або в розчині зростає .

Кількість речовини, поглинене одиницею маси (або об'єму) адсорбенту за час від початку адсорбції до початку «проскакування», називається динамічного активністю адсорбенту. Якщо змінити умови процесу поглинання, забезпечивши тривалий контакт нерухомою парогазової суміші або розчину з адсорбентом, то кількість речовини, поглинене тим же, що і в першому випадку, об'ємом адсорбенту за час від початку адсорбції до встановлення рівноваги, збільшиться. Ця характеристика адсорбенту називається статичної активністю. З визначень видно, що динамічна активність менше статичної.

Вплив технологічних параметрів на перебіг

процесів адсорбції і десорбції

Концентрація адсорбируемого речовини в парогазової суміші при постійній температурі пропорційна його тиску. Тому рівняння ізотерми адсорбції в цьому випадку можна представити у вигляді:

 (6.23)

де р - рівноважний тиск поглинається речовини в парогазової суміші, Па;  досвідчений коефіцієнт.

На рис. 6.7 показані ізотерми адсорбції метану, етану і парів бензолу при одній і тій же температурі активним вугіллям. Наведені закономірності пояснюють вплив температури, тиску, а також виду поглинається компонента на процес адсорбції. Зі зменшенням температури процесу поглинальна здатність адсорбенту збільшується (див. Рис. 6.6). Збільшення тиску, як видно з виразу 6.23 і рис. 6.7, також призводить до зростання поглинальної здатності адсорбенту. При одних і тих же значеннях температури і тиску (р1 на рис. 6.7) пари бензолу поглинаються більше, ніж етану, а етану - більше, ніж метану. Ці речовини мають різні температури кипіння і молекулярні маси (метан: темп. Кип. -161,58 ° С і M = 16,04; етан: темп. Кип. -88,63 ° С і M = 30,07; бензол: темп. кип. 80,1 ° С і M = 78,11). Виявлено, що при інших рівних умовах більшою мірою поглинаються ті компоненти, які мають великі температури кипіння.

 Таким чином, адсорбції сприяє зниження температури і підвищення тиску процесу.

Процес десорбції зазвичай проводиться після адсорбції з метою виділення поглиненого компонента і регенерації поглинача. Десорбції сприяють: підвищена температура, знижений тиск і наявність речовини, які витісняють поглинене речовина з адсорбенту. Такими властивостями володіє водяна пара, який часто використовують при проведенні процесу десорбції.

Основні типи адсорберов

Для проведення процесів адсорбції речовин з парогазових сумішей застосовуються адсорбери наступних типів:

- З нерухомим зернистим адсорбентом;

- З рухомим зернистим адсорбентом;

- З киплячим (псевдозрідженим) шаром дрібнозернистого адсорбенту.
 Адсорбер з нерухомим шаром зернистого адсорбенту працюють періодично і виконуються у вигляді порожнистих вертикальних або горизонтальних апаратів, в яких на решітках знаходиться шар адсорбенту.

На рис. 6.8 показаний вертикальний вугільний абсорбер, який використовується на установках рекуперації. Вихідна паровоздушная суміш надходить в адсорбер через верхній штуцер, проходить через що знаходиться на решітці 3 шар адсорбенту 6, а очищене повітря видаляється через штуцер в конічному днище адсорбера. По завершенні процесу адсорбції проводиться десорбція, для чого в апарат подають перегрітий водяний пар (або інший конкуруючий агент), який рухається по адсорбера від низу до верху.

 Парова суміш, що виходить з штуцера 8, направляється на конденсацію і поділ, куди також подається стікає в днище адсорбера конденсат. По завершенні процесу десорбції крізь шар адсорбенту для його осушення пропускають гаряче повітря, який вводиться в апарат через штуцер подачі водяної пари і віддаляється через штуцер 8. Висушена адсорбент охолоджують холодним повітрям, що рухається тим самим шляхом, що й гаряче повітря. Після цього операції поглинання, десорбції, сушки і охолодження поновлюються.

Завантаження свіжого і вивантаження відпрацьованого адсорбенту проводиться через люки 7 і 5. У разі самозаймання активованого вугілля для його гасіння використовується вода, що подається в нижню частину адсорбера по штуцера 4. Для запобігання руйнуванню адсорбера при можливому «бавовні» пароповітряної суміші на кришці завантажувального люка 7 є вибуховий мембранне пристрій.

Так як адсорбер працює періодично, то для забезпечення безперервності виробничого процесу в технологічній схемі повинно бути встановлено кілька паралельно працюють однотипних апаратів, щоб дотримувалися такої умови:

 (6.24)

де ? - тривалість операції; індекси пекло, д, з і ох означають відповідно адсорбція, десорбція, сушка та охолодження; n - кількість однотипних апаратів.

Тривалість операції адсорбції оцінюється розрахунком і уточнюється досвідченим шляхом, тривалість допоміжних операцій (десорбції, сушки і охолодження) визначається експериментально.

Якщо прийняти, що тривалість періоду адсорбції приблизно дорівнює тривалості інших періодів, тобто  , То для забезпечення безперервної роботи станції знадобиться 2 адсорбера. У той час, коли в першому адсорбере буде проходити процес поглинання, у другому адсорбере - допоміжні операції по підготовці його до роботи: десорбція, сушка і охолоджування. Після завершення процесу поглинання в першому адсорбере перемикають на поглинання другий, а перший адсорбер перемикають для проведення допоміжних операцій.

У більшості випадків рекупераціонние станції працюють не за чотирьохфазна циклу, а по двофазному, коли фази сушіння і охолодження суміщені з фазою адсорбції.

На рис. 6.9 приведена технологічна схема рекупераціонние станції, що працює по двофазному циклу. Паровоздушная суміш (ПВС) надходить на станцію рекуперації по воздуховоду 7, захищеному Вогнеперепинювачів 13, і за допомогою вентилятора 2 направляється в адсорбер б, який працює в режимі поглинання. Очищений від парів повітря виходить з нижнього патрубка адсорбера, проходить через сепаратор 12 і по лінії 8 скидається в атмосферу.

В цей час в адсорбере 7 проводиться процес десорбції парів розчинників з активованого вугілля водяною парою, який подається в нижню частину адсорбера 7 по колектору 14. Водяна пара, проходячи через шар адсорбенту, насичується парами розчинника і надходить в конденсатор-холодильник 9, де пари конденсуються , а що утворюється конденсат охолоджується і направляється на установку отримання чистого розчинника (на схемі не показана). Конденсат частково сконденсировавшейся в адсорбере 7 водяної пари стікає в конічний днище апарату і також прямує в збірник. Залежно від властивостей розчинника конденсат може являти собою емульсію (компоненти розчинника не розчинні у воді), розчин (всі компоненти розчинника розчиняються у воді) або складну суміш емульсій і розчинів. З емульсії розчинник виділяють відстоюванням; розчин піддають ректифікації; виділення розчинника зі складної суміші виробляють послідовно відстоюванням і ректифікацією. Рекуперировать розчинник або його окремі компоненти повертають в технологічний цикл основного виробництва для повторного використання.

По завершенні операції десорбції відключають подачу водяної пари в адсорбер 7. Потім відкривають шибер на лінії подачі ЛВС в теплообмінник 4 для її нагрівання водяною парою і проведення процесу сушіння активованого вугілля. Після закінчення фази сушіння перемикають шибери на лініях подачі ПВС і в адсорбер 7 подається холодна паровоздушная суміш, яка охолоджує вугілля. У міру охолодження вугілля в адсорбере 7 починається процес поглинання парів розчинника з ПВС, тобто фаза охолодження автоматично переходить в фазу адсорбції. Одночасно з початком процесу поглинання парів в адсорбере 7 закривають шибер на лінії подачі ПВС в адсорбер 6 для проведення в ньому процесів десорбції і регенерації адсорбенту.

Кількість парів розчинника, вловлює з пароповітряної суміші:

 (6.25)

де Gp - Кількість улавливаемого розчинника, кг; WпВС - Витрата пароповітряної суміші, що надходить в адсорбер на уловлювання парів розчинника, м3/ С; ун і ук - Відповідно початкова і кінцева концентрації парів розчинника в пароповітряної суміші до і після адсорбції, кг / м3; ?ад - Тривалість адсорбції, с.

У той же час величину Gp можна знайти з виразу

 (6.26)

де Gад - Маса адсорбенту в адсорбере; и  - Середні концентрації адсорбованої речовини в адсорбере відповідно в кінцевий і початковий моменти часу, кг / кг адсорбенту.

З виразів 6.25 і 6.26 можна знайти тривалість фази адсорбції до моменту проскакування парів розчинників через шар адсорбенту, тобто коли yk= 0:

 (6.27)

В отриманому виразі масу адсорбенту в адсорбере визначають за формулою

 (6.28)

де D і H - відповідно діаметр адсорбера і висота шару адсорбенту, м; рнас -насипная щільність адсорбенту; кг / м3; величина рнас залежить від виду адсорбенту і розміру його зерен; для гранульованого активного вугілля приймають рнас = 500 кг / м3.

На рис. 6.10 показана схема безперервно діючого адсорбера з рухомим зернистим адсорбентом, які застосовуються в нафтопереробній та нафтохімічній промисловості. Адсорбер являє собою складний за конструкцією

 апарат колонного типу з вбудованими холодильником l, розподільними тарілками 2 і 5 і підігрівачем б. Зернистий адсорбент, що надходить в апарат через верхній патрубок, рухається самопливом зверху вниз і проходить послідовно через зони охолодження, адсорбції і десорбції. Регенерований адсорбент, охолоджений в трубах холодильника l, проходить через розподільну тарілку 2 і надходить в зону адсорбції, куди подається вихідна парогазова суміш через перфоровану патрубок 4. Після взаємодії з адсорбентом не поглинання частина суміші виводиться з адсорбера через патрубок 10, а насичений поглиненими компонентами адсорбент проходить через розподільну тарілку 5 і надходить у труби підігрівача б зони десорбції адсорбера. У цю зону через перфоровану патрубок 7 подається конкуруючий агент - водяна пара, який витісняє з адсорбенту поглинені компоненти і виходить в суміші з ними через патрубок 9. У нижній частині адсорбера є затвор 8, аналогічний по влаштуванню з секторних живильником, за допомогою якого регулюється швидкість руху адсорбенту.

Регенерований адсорбент надходить в приймальний пристрій елеватора або пневмопідйомника (на схемі не показані) і транспортується до верхнього патрубка адсорбера. Далі процес повторюється.

6.2.3. Апарати для проведення процесів абсорбції

Сутність процесу абсорбції

Процеси абсорбції, також як і процеси адсорбції, використовуються в промисловості для виділення з газових або парогазових сумішей цінних компонентів, для очищення технологічних і горючих газів від шкідливих домішок, для санітарної очистки газів, що відходять виробництв.

 Схема процесу абсорбції в близькому до рівноважного стані показана на рис. 6.11.

При зіткненні газової (парогазової) фази з рідиною відбувається виборче розчинення (абсорбція) міститься в цьому газі компонента а. У міру насичення рідини компонентом а прискорюється зворотний процес - процес десорбції компонента а з рідини (абсорбенту) і через певний проміжок часу встановиться рівновага.

Вплив технологічних параметрів на перебіг

процесів абсорбції та десорбції

Розчинність газів в рідинах залежить від фізико-хімічних властивостей цих газів і рідин, температури процесу і парціального тиску в газовій суміші поглинається компонента. Розчинність газів і парів в рідинах супроводжується виділенням тепла, тому що процеси абсорбції екзотермічні.

Залежність між розчинністю газу і його парціальним тиском в стані рівноваги виражається законом Генрі:

 (6.29)

де ра - Рівноважний парціальний тиск поглинається компонента а над абсорбентом, Па; ? - коефіцієнт пропорційності (константа Генрі), що залежить від властивостей розчиняється газу, виду абсорбенту та температури, Па;  - Вміст розчиненого компонента а в абсорбенту, кг / кг абсорбенту.

Константа Генрі залежить від природи розчиняється компонента і температури:

 (6.30)

де q - теплота розчинення газу, Дж / моль; R = 8,314 Дж / (моль К) - універсальна газова постійна; Т - температура процесу, К; З - постійна, що залежить від природи газу і рідини.

Константа Генрі збільшується з ростом температури, асимптотично наближаючись до значення постійної С. Аналіз виразів 6.29 і 6.30 показує, що з підвищенням температури процесу розчинність поглинається компонента в рідині зменшується, а з підвищенням його парціального тиску - зростає. Парціальний тиск компонента можна збільшити за рахунок підвищення його концентрації в суміші або за рахунок підвищення загального тиску системи.

Таким чином, процесу абсорбції сприяють: підвищений тиск середовища, висока концентрація поглинається компонента і знижена температура (процес повинен протікати з відведенням тепла).

Для практичних розрахунків необхідно знати зв'язок між вмістом абсорбується компонента в газовій фазі і в розчині.

Відносне ваговий вміст компонента а в газовій (парогазової) суміші визначається за формулою

 , Кг / кг інертного газу, (6.31)

де mа - Маса поглинається компонента а в суміші, кг; mн - Маса не поглинається (інертного) компонента, кг.

Згадаймо, що

и

а и

У цих висловах: ра і рн - Щільності відповідно поглинається і не поглинається компонентів суміші; ?а і ?н - Об'ємні концентрації цих компонентів в суміші; ра і рн = рзаг - ра - Парціальні тиску компонентів і рзаг - Загальний тиск парогазової суміші.

Підставляючи значення знайдених величин у вираз 6.31, отримуємо:

 (6.32)

У цьому виразі відповідно до закону Дальтона відношення ра/ рн можна замінити на Ма/ Мн (Тут Ма і Мн - Молекулярні маси відповідно поглинається компонента а й інертного (не поглинає) компонента суміші).

Відомо, що при невеликих значеннях ра в порівнянні з рзаг , Що часто має місце на практиці, величиною ра в знаменнику виразу 6.32 можна знехтувати.

Тоді з урахуванням залежності 6.29 остаточно маємо:

 (6.33)

де  константа фазового рівноваги процесу абсорбції.

Останнє рівняння показує, що для ідеальних газів лінія рівноваги в координатах  являє собою пряму 1, що проходить через початок координат під кутом, тангенс якого дорівнює К (рис. 6.12).

Закон Генрі добре узгоджується з даними дослідів і для реальних газів при незначних концентраціях поглинається компонента, а також при його малій розчинності в абсорбенту (лінія l). Для систем, які не підкоряються закону Генрі, коефіцієнт фазового рівноваги До є змінною величиною, яка залежить від складу розчину  . Лінія рівноваги в цьому випадку зображується опуклою (3) або увігнутою (2) кривими, які на діаграмі  будуються за дослідними даними.

Для визначення витрати абсорбенту розглянемо процес абсорбції, що протікає в елементарно малому обсязі абсорбера dV (рис. 6.13).

Приймемо наступні позначення:

и  - Поточні концентрації поглинається компонента в розчині і газі, кг / кг;

,  - Початкова і кінцева концентрації абсорбованого компонента в розчині, кг / кг чистого абсорбенту;

,  - Початкова і кінцева концентрації абсорбованого компонента в газі, кг / кг інертного газу;

L - кількість чистого абсорбенту протікає через абсорбер, кг / с;

G - кількість газу, поглиненого абсорбентом, кг / с;

Gн - Кількість не поглинається (інертного) компонента в газовій (парогазової) суміші, що проходить через абсорбер, кг / с.

Кількість компонента, що поглинається абсорбентом при проходженні газового потоку через елемент обсягу в одиницю часу:

 (6.34)

де d  і d  - Зміни концентрації поглинається компонента відповідно в газі і розчині в елементі обсягу абсорбера dV.

Звідси

 (6.35)

або

 (6.36)

Тоді загальна витрата абсорбенту

 (6.37)

Теоретично при повному витяганні компонента його зміст в суміші на виході з абсорбера склало б  = 0, а кількість поглиненого компонента було б так само Gн  . Однак цей стан недосяжно і фактична кількість поглиненого компонента одно .

Ставлення фактичної кількості витягнутого компонента з газової суміші до його теоретичного кількості при повному витяганні називається ступенем вилучення ? (? завжди менше 1):

 (6.38)

Ступінь вилучення є одним з критеріїв оцінки ефективності однотипних виробництв на різних підприємствах.

Основні типи абсорберов

Апарати, в яких протікають процеси поглинання газу і пари рідиною називаються абсорберами і скрубберами. Оскільки при абсорбції процеси масопередачі протікають на поверхні розділу фаз, ця поверхня повинна бути максимально розвиненою. За способом утворення поверхні зіткнення фаз розрізняють три типи абсорберов: поверхневі, барботажні і розпилюють.

 Поверхневі абсорбери використовуються для поглинання добре розчинних газів. У таких абсорбера поверхнею зіткнення фаз є дзеркало рідини або поверхню поточної по внутрішній поверхні труб 1 рідинної плівки (рис. 6.14).

Найбільшого поширення набули насадок абсорбери (див. Рис. 6.28). Насадок абсорбер є колону, заповнену спеціальними твердими тілами - насадкою. Насадка повинна володіти розвиненою поверхнею і надавати малий гідравлічний опір потоку газу. Найбільш відомим типом насадок є кільця Рашига, у яких діаметр дорівнює висоті (dк = hк = 15-150 мм). Матеріалом для виготовлення таких кілець служить кераміка, фарфор. Як насадки застосовують подрібнений кокс і кварц з розміром шматків 25-100 мм. Поширена також хордові насадка -багатошарова решітка з дощок, поставлених на ребро, причому шари повернені відносно один одного на певний кут. Перевагою насадок колон є простота пристрою, особливо важлива при роботі з агресивними середовищами, тому що в цьому випадку потрібен захист від корозії тільки корпуса колони, а насадка виконується з хімічно стійкого матеріалу. До того ж насадок колони мають низький, у порівнянні з барботажное колонами, гідравлічним опором. Однак насадок колони мало придатні для роботи з забрудненими механічними домішками абсорбентами, з невеликими витратами абсорбенту, в цих колонах утруднений відведення тепла, що виділяється.

 У барботажних (тарілчастих) абсорбера поверхню зіткнення фаз створюється потоком газу, що розподіляється в рідині у вигляді бульбашок і струменів на спеціальних пристроях - тарілках. Такий рух газу називається барботажное. У промисловості застосовуються ковпачкові, сітчатие, провальні та інші тарілки.

У колонах з ковпачковими тарілками (рис. 6.15) газ барботують через рідину, виходячи з прорізів ковпачків, розташованих на кожній тарілці. У прорізах газ дробиться на дрібні струмки і, піднімаючись вгору, проходить через шар рухається уздовж тарілки рідини, збиваючи її. Очищений газ видаляється з верхньої частини колони.

По конструкції розрізняють круглі (капсульні) ковпачки та прямокутні (тунельні) ковпачки. Круглі ковпачки зазвичай мають діаметр 80-100 мм, а при роботі з забрудненими рідинами - до 200-300 мм. Ширина тунельних ковпачків складає 70-150 мм. Кількість капсульних ковпачків на тарілці перевищує 270 штук при діаметрі колони 3000 мм і більше. До переваг ковпачкових тарілок відноситься можливість регулювання висоти шару рідини, а до недоліків - складність пристрою і труднощі швидкого спорожнення від рідини при виникненні аварійної ситуації.

У розпилюють абсорбера (скрубберах) (рис. 6.16) поверхнязіткнення фаз створюється шляхом розпилення рідини на дрібні краплі в масі газу. Ці абсорбери виготовляються у вигляді пустотілих апаратів колонного або баштового типів, у верхній частині яких є пристрої для розпилення рідини, а газ подається знизу. Область застосування таких абсорберов обмежена: поглинаються гази повинні мати хорошу розчинність в застосовуваних абсорбент.

 Розпилення рідин виробляють гідравлічними або пневматичними форсунками, а також відцентровими розпилювачами. Відцентрові розпилювачі виготовляються у вигляді турбінок або дисків, що обертаються зі швидкістю 4000-20000 об / хв. Схема дискового відцентрового розпилювача показана на рис. 6.17. Дискові розпилювачі на відміну від форсунок можуть використовуватися для розпилення суспензій і забруднених рідин. Перевагами розпилюють абсорберів є: простота їх конструкції і дешевизна при виготовленні, низький гідравлічний опір і можливість використання газів і рідин, сильно забруднених механічними домішками. До недоліків відносяться: необхідність витрат додаткової енергії на розпилення рідини, труднощі регулювання процесу і неможливість створення великої щільності зрошення.

Десорбція, або отгонка, тобто виділення розчиненого газу з абсорбенту, проводиться трьома способами: в струмі інертного газу, виправними або перегонкою розчину в вакуумі.

 Десорбція в струмі інертного газу (власне десорбція) відбувається при зіткненні розчину з інертним газом, коли розчинений компонент переходить в газову фазу внаслідок того, що парціальний тиск компонента над розчином вище, ніж в інертному газі. В якості інертного газу зазвичай використовується повітря, а в разі десорбції нерозчинних у воді газів або парів - водяна пара. Десорбера в цьому випадку служать насадок або барботажні колони. Відпрацьований абсорбент надходить в такі колони зверху, а інертний газ - знизу; з нижньої частини колони відводиться регенерований розчин, а з верхньої - суміш інертного газу з виділеним з розчину компонентом.

Отгонка шляхом випарювання розчину проводиться його кип'ятінням при атмосферному тиску або у вакуумі. В цьому випадку з розчину виділяється не тільки поглинений компонент, але і частина випаровується абсорбенту. Отгонка в вакуумі застосовується у випадках, коли при атмосферному тиску неможливо досягти повного виділення компонента з поглинача або є небезпека термічного розкладання продуктів відгону або абсорбенту.

Принципова схема абсорбційної-десорбціонной установки противоточного типу показана на рис. 6.18. До складу установки входять дві послідовно працюють абсорбційних колони насадочного типу - абсорбер першого ступеня 1 і абсорбер другого ступеня 2, насадочного десорбціонную колона 11, а також теплообмінники кожухотрубного типу, збірники та насоси.

Регенерований в десорбціонной колоні 11 абсорбент забирається зі збірки 5 насосом 8, проходить через теплообмінник 9, де він віддає своє тепло відпрацьованого абсорбенту, що йде на десорбції, охолоджується в холодильнику 10 і подається на зрошення абсорбера другого ступеня 2, в нижню частину якого надходить газ, виходить з верхньої частини абсорбера першого ступеня 1. Розчин з абсорбера 2 стікає в збірник 4, з якого забирається насосом 7, проходить через холодильник 12 і подається на зрошення абсорбера першого ступеня 1, в нижню частину якого надходить вихідна газова (парова або парогазова) суміш з поглинається компонентом а. Насичений поглинутим компонентом абсорбент з абсорбера першого ступеня 1 стікає самопливом в збірник 3, звідки забирається насосом 6, нагрівається в теплообміннику 9 і подається в десорбціонную колону 11. З верхньої частини десорбера 11 відводиться виділився з абсорбенту компонент а, який входив до складу вихідної газової суміші, а регенерований абсорбент збирається в збірнику 5.

 Види сорбційних процесів |  Сутність процесів перегонки і ректифікації


 Види масообмінних процесів |  Способи вираження складу фаз двох роздільних систем |  Матеріальний баланс процесів масообміну |  рівняння масопередачі |  Проста перегонка розчинів |  Перегонка з дефлегмацією пара |  проста ректифікація |  Основні типи ректифікаційних колон |  Тарілки ректифікаційних колон |  Види вологи в матеріалі і способи її видалення |

© 2016-2022  um.co.ua - учбові матеріали та реферати