Общие сведения о процессе абсорбции

АВТОМАТИЗАЦИЯ ПРОЦЕССА АБСОРБЦИИ

Методические указания

для студентов специальностей

230102, 220301

Нижнекамск, 2010

Содержание

1 Общие сведения о процессе абсорбции…………………2

2 Конструкции абсорбционных аппаратов………………..6

2.1 Пленочные и насадочные абсорберы……………...6

2.2 Барботажные абсорберы…………………………...13

2.3 Распылительные абсорберы……………………….18

3 Основы управления процессом абсорбции……………..21

4 Материальный баланс процесса…………………………25

5 Построение систем управления……………………….…27

5.1 Регулирование по возмущению…………………....27

5.2 Регулирование процесса при рецикле абсорбента..31

5.3 Комбинирование АСР………………………………31

Общие сведения о процессе абсорбции

Абсорбцией называют процесс поглощения газа абсорбентом (жидким поглотителем), в котором газ растворим в той или иной степени.

При абсорбции участвуют две фазы - жидкая и газовая и происходит переход вещества из газовой фазы в жидкую. Таким образом данный процесс является одним из видов массопередачи.

На практике абсорбции подвергают большей частью не отдельные газы, а газовые смеси, составные части которых, одна или несколько, могут поглощаться данным абсорбентом в заметных количествах. Эти составные части называют поглощаемыми компонентами или просто компонентами, а не поглощаемые составные части - инертным газом.

Жидкая фаза состоит из абсорбента и поглощенного компонента. Во многих случаях абсорбент представляет собой раствор активного компонента, вступающего в химическую реакцию с поглощаемым компонентом.

Различают физическую абсорбцию и хемосорбцию. При физической абсорбции растворение газа не сопровождается химической реакцией (или, по крайней мере, эта реакция не оказывает заметного влияния на процесс). В данном случае над раствором существует более или менее значительное равновесное давление компонента и поглощение его происходит до тех пор, пока его парциальное давление в газовой фазе выше равновесного давления над раствором. Полное извлечение компонента из газа при этом возможно только при противотоке и подаче в абсорбер чистого абсорбента, не содержащего компонента.

При хемосорбции (абсорбция, сопровождаемая химической реакцией) поглощаемый компонент связывается в жидкой фазе в виде химического соединения. При необратимой реакции равновесное давление компонента над раствором ничтожно мало и возможно полное его поглощение. При обратимой реакции над раствором существует заметное давление компонента, хотя и меньшее, чем при физической абсорбции.

Области применения абсорбционных процессов в химической и смежных отраслях промышленности весьма обширны.

Получение готового продукта путем поглощения газа жидкостью. Примерами могут служить: абсорбция SO₃ в производстве серной кислоты; абсорбция HCl с получением соляной кислоты; абсорбция окислов азота водой (производство азотной кислоты) или щелочными растворами (получение нитратов) и т.д. при этом абсорбция проводится без последующей десорбции.

Основные проблемы при осуществлении абсорбции связаны с подбором абсорбента и созданием рациональных условий контактирования газа и жидкости.

При выборе абсорбента к нему предъявляется ряд требований:

- селективность, т.е. способность избирательного поглощения извлекаемого (целевого) компонента при возможно малой растворимости в нем газа носителя, это позволяет перевести в жидкую фазу только поглощаемый компонент (ПК), оставляя газ-носитель - в газовой;

- большая поглотительная способность, иначе - высокая растворимость поглощаемого компонента в жидкой фазе в рабочих условиях; при выполнении этого требования уменьшаются затраты, связанные с расходом абсорбента;

- возможно более низкая летучесть (в идеале - нулевая), т.е. малая упругость паров абсорбента при рабочей температуре во избежание его потерь с уходящим газом и связанных с этим трудностей при его отделении от газа-носителя;

- устойчивость в работе, т.е. абсорбент не должен подвергаться изменениям - разложению, окислению, осмолению и т.п.;

- удобство в работе - нетоксичность, негорючесть, малое коррозионное воздействие на аппаратуру;

- доступность и дешевизна;

- легкая регенерируемость при десорбции или каком-либо другом процессе регенерации.

В подавляющем большинстве случаев промышленные абсорбенты не удовлетворяют в полной мере одновременно всем перечисленным требованиям. Поэтому на практике приходится идти на компромисс, определяя при выборе абсорбента для каждого конкретного случая основные требования в зависимости от условий проведения процесса.

Отработанный абсорбент (абсорбент с поглощенным в нем ПК) должен быть подвергнут обработке, при которой из него выделяют растворенный ПК. Чаще всего это делают путем десорбции ПК из абсорбента. Получаемый при этом абсорбент с малым содержанием в нем ПК (регенерированный абсорбент) может быть в новь использован в качестве абсорбента.

При абсорбционных процессах массообмен происходит на поверхности соприкосновения фаз. Поэтому абсорбционные аппараты должны иметь развитую поверхность соприкосновения между газом и жидкостью. Исходя из способа создания этой поверхности абсорбционные аппараты можно подразделить на следующие группы:

1. Поверхностные абсорберы, в которых поверхностью контакта между фазами является зеркало жидкости (поверхностные абсорберы) или поверхность текущей пленки жидкости (пленочные абсорберы). К этой же группе относятся насадочные абсорберы, в которых жидкость стекает по загруженной в абсорбер насадке из тел различной формы(кольца, кусковой материал и т.д.), и механические пленочные абсорберы. Для поверхностных абсорберов поверхность контакта в известной степени определяется геометрической поверхностью элементов абсорбера, хотя во многих случаях и не равна ей.

2. Барботажные абсорберы, в которых поверхность контакта развивается потоками газа, распределяющегося в жидкости в виде пузырьков и струек. Такое движение газа (барботаж) осуществляется путем пропускания его через заполненный жидкостью аппарат (сплошной барботаж) либо в аппаратах колонного типа с различного типа тарелками. Подобный характер взаимодействия газа и жидкости наблюдается также в насадочных абсорберах с затопленной насадкой. В эту же группу входят барботажные абсорберы с перемешиванием жидкости механическими мешалками. В барботажных абсорберах поверхность контакта определяется гидродинамическим режимом (расходами газа и жидкости).

3. Распыливающие абсорберы, в которых поверхность контакта образуется путем распыления жидкости в массе газа на мелкие капли. Поверхность контакта определяется гидродинамическим режимом (расходом жидкости). К этой группе относятся абсорберы, в которых распыление жидкости производится форсунками (форсуночные, или полые, абсорберы), в токе движущегося с большой скоростью газа (скоростные прямоточные распыливающие абсорберы) или вращающимися механическими устройствами (механические распыливающие абсорберы).

Приведенная классификация абсорбционных аппаратов является условной, так как отражает не столько конструкцию аппарата, сколько характер поверхности контакта. Один и тот же тип аппарата в зависимости от условий работы может оказаться при этом в разных группах.

Из различных типов аппаратов наиболее распространены насадочные и барботажные тарельчатые абсорберы. При выборе типа абсорбера нужно в каждом конкретном случае исходить из физико-химических условий проведения процесса с учетом технико-экономических факторов.

Поиск по сайту: