ВОПРОС 4. ПРИНЦИПИАЛЬНЫЕ СХЕМЫ

В технике используют следующие принципиальные схемы аб­сорбционных процессов: прямоточные, противоточные, одно­ступенчатые с рециркуляцией и многоступенчатые с рециркуля­цией.

Прямоточная схема взаимодействия веществ в абсорбере пока­зана на рис. 4, а. В этом случае потоки газа и абсорбента дви­жутся в одном направлении; при этом газ с большей концентраци­ей абсорбтива приводится в контакт с жидкостью с меньшей кон­центрацией абсорбтива, а газ с меньшей концентрацией взаимо­действует на выходе из абсорбера с жидкостью с большей концентрацией абсорбтива.

Противоточная схема показана на рис. 2, б. В противоточном абсорбере в одном конце аппарата контактируют газ и жидкость, содержащие большие концентрации абсорбтива, а в другом, про­тивоположном конце — меньшие.

При противоточном процессе достигается большая конечная концентрация абсорбтива в абсорбенте, чем при прямоточном. Расход абсорбента также ниже. Однако из-за того что средняя движущая сила при противотоке меньше, габариты противоточного абсорбера больше, чем прямоточного.

Рис. 2. Схемы абсорбции и изображение процесса в координатаху—х.

а — прямоточная; б— противоточная; в —с рециркуляцией абсорбента (жидкости); г —с ре­циркуляцией абсорбтива (газа)

Схема с рециркуляцией абсорбента или газовой фазы предусмат­ривает многократный поток абсорбента или газовой фазы через абсорбер.

На рис. 2, в изображена рециркуляционная схема по абсор­бенту. Жидкая фаза — абсорбент многократно возвращается в аб­сорбер, а газовая фаза проходит через абсорбер снизу вверх. Аб­сорбент подается в верхнюю часть абсорбера и движется противо­током к газовой фазе. В результате смешения свежего абсорбента концентрацией х_н с выходящим из абсорбера его концентрация повышается до х_с. Рабочая линия на диаграмме у—х представляет собой прямую с координатами крайних точек А и В_с соответствен­но у_н, х_к и у_к, х_с.

Схема абсорбции с рециркуляцией газа приведена на рис. 2, г. Положение рабочей линии определяют точки Ас(у_с, х_к) и В(у_к, х_н).

В рециркуляционных схемах абсорбции количество абсорбен­та, проходящего через абсорбер, при том же расходе значительно больше, чем в схемах без рециркуляции. В результате увеличения скорости абсорбента повышается коэффициент массоотдачи в жидкой фазе, что приводит к увеличению коэффициента массопередачи.

Рециркуляция абсорбента целесообразна в случае абсорбции труднорастворимых газов, а рециркуляция абсорбтива, которая приводит к увеличению коэффициента массоотдачи в газовой фазе, — в случае абсорбции хорошо растворимых газов.

Схема с рециркуляцией абсорбента позволяет включить в кон­тур установки холодильник для охлаждения жидкости.

Многоступенчатые схемы с рециркуляцией могут включать прямоток, противоток, рециркуляцию жидкости и рециркуляцию газа. Большое практическое значение имеет многоступенчатая противоточная схема с рециркуляцией жидкости в каждой ступе­ни (рис. 3, а). Рабочие линии строят на диаграмме у—х (рис. 3, б) отдельно для каждой ступени, как и в случае нескольких отдельных одноступенчатых аппаратов. В рассматриваемом случае рабочую линию составляют отрезки А₁ В₁ и А₂В₂. В многоступенча­тых схемах с рециркуляцией абсорбента достигаются высокие ко­эффициенты массопередачи и движущие силы процесса.

Рис. 3. Двухступенчатая абсорбци­онная установка с рециркуляцией аб­сорбента (в) и изображение процесса в координатах у—х (б)