Принципиальные схемы абсорбции

В технологических процессах наиболее широко используются, непрерывные процессы абсорбции.

При прямоточной схеме взаимодействия газа (пара) и жидкости (рис. 10.1) их потоки движутся параллельно друг другу.

При противоточной схеме взаимодействия газа (пара) и жидкости (рис. 10.2) их потоки движутся в противоположных направлениях.

Сопоставление условий проведения прямоточного и противоточного процессов абсорбции показывает, что противоточный процесс позволяет обеспечить более высокую конечную концентрацию поглощаемого вещества в абсорбенте и меньший расход абсорбента, но средняя движущая сила процесса при этом меньше, а следовательно, противоточные аппараты требуют большую поверхность контакта фаз, что часто связано с увеличением общих размеров самих аппаратов.

Схемы с рециркуляцией предусматривают частичный возврат в массоо6менный аппарат либо жидкости, либо газа. При этом рециркуляцию жидкости (рис. 10.3) осуществляют в том случае, если лимитирующей стадией процесса является переход вещества

от поверхности раздела фаз в жидкость, а рециркуляцию газа (рис. 10.4) – когда лимитирующей стадией является переход вещества из газовой фазы к поверхности раздела фаз.

При противоточной схеме абсорбции с рециркуляцией жидкости (см. рис. 10.3) газ проходит через аппарат снизу вверх, и концентрация распределяемого вещества в нем изменяется от Y_н до Y_к. Жидкость подводится к верхней части аппарата при концентрации распределяемого вещества Х_н, затем смешивается с выходящей из аппарата жидкостью, в результате чего концентрация повышается до Х_см. Рабочая линия представляется на диаграмме отрезком прямой, крайние точки его имеют координаты Y_н Х_к и Y_к, Х_см, соответственно. Величину Х_см легко найти из уравнения материального баланса.

Обозначим отношение количества поглощающей жидкости на входе в аппарат к количеству свежей поглощающей жидкости через n.

Тогда

При противоточной схеме абсорбции с рециркуляцией газа (пара) (см. рис. 10.4) поглощающая жидкость подводится к верхней части аппарата с концентрацией Х_н, взаимодействует с восходящим газовым потоком и отводится из него с концентрацией Х_к. Начальная концентрация поглощаемого компонента в газе - Y_н конечная - Y_к. После возвращения части выходящего газа и смешения его с исходным концентрация газовой смеси, направляемой в абсорбер, уменьшается и становится Y_см. Положение рабочей линии определяют точки Y_см, X_к и Y_к, X_н.

Обозначив отношение подаваемого в абсорбер газа к свежему очищаемому газу через n, запишем уравнение материального баланса

Важной особенностью схем с рециркуляцией жидкости и газ является увеличение скорости движения циркулирующей фазы через аппарат путем увеличения ее общего расхода, что приводи

к увеличению коэффициента массоотдачи (массопередачи) по этой фазе при некотором уменьшении движущей силы процесса.

При рециркуляции жидкости в ветви рециркулирующего абсорбента может быть установлен холодильник (см. рис. 10.3) для отвода выделяющейся в процессе теплоты, что позволяет интенсифицировать процесс абсорбции путем увеличения растворимости газа.

Десорбция – процесс выделения поглощенного газа из абсорбента, который производят с целью регенерации поглотителя для его повторного использования либо получения ранее уловленного компонента в чистом виде.

Десорбция может осуществляться:

· отгонкой в токе инертного газа и водяного пара, который приводят в соприкосновение с раствором после проведения процесса абсорбции. В качестве инертного газа может использоваться воздух, в который выделяется поглощенный компонент. Поскольку последующее разделение инертного газа и компонента затруднительно, данный метод применяют в тех случаях, когда извлеченный из абсорбента компонент в дальнейшем не используется.

Водяной пар как десорбирующий агент применяют для извлечения нерастворимых в воде газов. При этом смесь десорбированного газа и водяного пара из десорбера направляют в конденсатор, в котором происходит отделение газа от водяного пара путем конденсации последнего. Если же температура кипения десорбированного компонента высока, то его конденсируют совместно с водяным паром и затем отделяют от воды отстаиванием;

· нагреванием абсорбента, которое приводит к смещению равновесия в сторону десорбции и испарению десорбируемого компонента. Поскольку вместе с извлекаемым компонентом частично испаряется сам абсорбент, в дальнейшем требуется дополнительное разделение образующейся смеси;

· снижением давления над абсорбентом до атмосферного, если абсорбция проводилась при избыточном давлении, и вакуумированием с отсасыванием выделившегося компонента, если абсорбция проводилась при атмосферном давлении.

В ряде случаев для более полной регенерации абсорбента два последних способа объединяют вместе, а также применяют процесс ректификации.