Схема абсорбционной установки непрерывного действия.

Наиболее часто проводится непрерывная противоточная абсорбция, периодическая – используется только при малой производительности.

Схема абсорбционно-десорбционной установки представлена на рис. 6-3.

Рис.6-3.Схема абсорбционно-десорбционной установки непрерывного действия:

1 – абсорбер (насадочная колонна);

2 – теплообменник; 3 – десорбер (ректификационная колонна); 4 - насос

Газ, содержащий извлекаемый компонент, проходит через абсорбер 1, снизу вверх, жидкость – стекает сверху вниз. Газ, уходящий из абсорбера, встречается со свежим абсорбентом, что обеспечивает полное извлечение поглощаемого компонента. Абсорбер – это колонна, заполненная насадкой, которая укладывается на опорную решётку, имеющая отверстия для прохождения газа и стока жидкости. Насадка равномерно орошается жидкостью через распределительное устройство. Поглотитель из абсорбера проходит через теплообменник 2, где подогревается, а затем поступает на десорбцию в ректификационную колонну 3. В десорбере абсорбент освобождается от поглощённого компонента, насосом 4 подаётся в теплообменник 2, где охлаждается, и возвращается в абсорбер.

 

Рис.6-4.Взаимное расположение равновесной и рабочей линий при абсорбции в условиях прямотока

В прямоточной схеме абсорбции рабочая линия, получаемая из уравнения материального баланса, имеет отрицательный наклон (см. рис. 6-4). Из уравнения материального баланса, например, для нижней части абсорбера , см. правую часть рис. 6-4, получим уравнение рабочей линии:

, (6-11)

Рабочая линия 𝘈𝘉 имеет отрицательный наклон . Значению при данном составе газа соответствует линия 𝘈𝘉, пересекающая равновесную кривую в точке с координатами , , причём обозначает состав жидкости, равновесной с уходящим газом состава .

Расход абсорбера.

Для расчёта обычно задаём: 𝘎 – расход газа; и - начальное и конечное содержание в нём целевого компонента; - начальное содержание целевого компонента в абсорбенте. Определяемыми параметрами являются: - гидравлическое сопротивление абсорбера.

Методика расчёта:

1) На 𝘠-𝘟 – диаграмме строят равновесную зависимость и определяют значение (см, рис. 6-2). Данные о равновесных составах выбираются по справочной литературе.

2) Определяют

3) Рассчитывают , где - коэффициент избытка

4) Из уравнения материального баланса, по найденному значению 𝘓 определяют - конечный состав абсорбента.

5) На 𝘠-𝘟 – диаграмме по координатам , и , строят рабочую линию.

6) Из уравнения определяют количество поглощённого компонента.

7) Высоту 𝘏 и диаметр абсорбера определяют по главе 𝘝 (метод теоретических тарелок)

8) Расчёт гидравлического сопротивления насадочного абсорбера производят по уравнению Дарси – Вейбаха:

9) Величину гидравлического сопротивления барботажных тарелок рассчитывают по уравнению

, (6-12) где – сопротивление сухой тарелки; - сопротивление, обусловленное силами поверхностного натяжения жидкости; - сопротивление газожидкостного слоя на тарелке.

Величина определяется по уравнению

, (6-13) здесь - скорость газа в отверстиях тарелки; - фиктивная скорость газа (в расчёте на пустое сечение аппарата); - коэффициент сопротивления тарелок (значение – по справочной литературе).

, (6-14) где - эквивалентный диаметр прорези в тарелки.

, (6-15) где и - высота жидкости и газожидкостного слоя на тарелке; и - плотность жидкости и газожидкостной смеси на тарелке.

Конструкционные типы абсорберов.

Насадочные абсорберы.

Это один из наиболее распространённых абсорберов поверхностного типа. Простота конструкции, пригодность к работе с агрессивными средами, допустимость применения в случаях, когда массообмен контролируется диффузионным сопротивлением жидкой фазы и даже тогда, когда решающим является сопротивление газовой фазы.

Насадочные абсорберы изготавливают из различных материалов вплоть до керамики, графита, стекла и т.д.

Насадки, применяемые в таких абсорберах бывают различных типов (размерами от 12 до 150 мм, в промышленности не 15 мм). Типы насадок даны на рис. 6-5. Наибольшее распространение – кольца Рашига. Насадочные тела должны быть механически прочными и устойчивыми к коррозии и к колебаниям температуры.

Рис.6-5.Типы насадок:

кольца: а – Рашига; б – Лессинга; в – с крестообразными перегородками; г – с одиночной спиралью; д – с двойной спиралью; е – Палля; седлообразная насадка: ж – Берля; з – «Инталокс»

 

Кольца размером 75 мм укладываются регулярно (один слой на другой), но так, чтобы их вертикальные оси не совпадали. Укладку начинают от стенки, следя за плотностью их прилегания.

В насадке абсорбера всегда остаётся какое-то количество жидкости, частично заменяемое непрерывно поступающим потоком. Это количество жидкости, отнесённое к единице объёма слоя насадки, называется удерживающей способностью (или задержкой) (в ).

Кусковые насадки изготавливают из кусков кварца или кокса – размером 25 – 50 мм, но она не рекомендуется загрязнением системы осадком, низка по стоимости и химической стойкостью.

Схема дана на рис. 6-6. Во избежании растекания жидкости к стенкам кожуха после каждого слоя (кроме нижнего) устанавливают распределительной конус, корректирующий равномерность распределения жидкости в насадке.

Рис.6-6.Насадочный абсорбер:

1 – корпус; 2 – решётка; 3 – насадка; 4 – брызгалка; 5 – направляющий конус

Рис.6-7.Колпачковая тарелка:

а – с круглым колпачком; б - с туннельным колпачком

Барботажные абсорберы.

Это тарельчатые колонны с колпачками. На тарелке поддерживается слой жидкости, через который барботирует восходящий поток газа, распределяясь в жидкости пузырьками и струйками. Газ последовательно проходит через слои жидкости на тарелках, расположенных в колонне определённом расстоянии. Жидкость непрерывно перетекает с верхних на расположенные ниже тарелки. В межтарелочном пространстве газ отделяется от унесённых капель и брызг. Контакт между поднимающимися газом и стекающей жидкостью осуществляется непрерывно.

Тарелки бывают самых разнообразных видов и конструкций. На рис. 6-7 показана колпачковая тарелка. Колпачки бывают круглыми и туннельными. Круглые – размещают на тарелке с шагом 1.3 – 1.9 диаметра колпачка. Колпачковые тарелки различают по расположению переливов и по направлению движения жидкости на тарелке.

Ситчатые тарелки. Высота слоя жидкости на таких тарелках равна 25 – 30 мм, определяемая положением верхних кромок переливных труб.

Провальные тарелки отличаются отсутствием переливных труб.

Клапанная и струйная тарелки – наиболее эффективные.

Десорбция.

Процесс удаления растворённых газов из абсорбента представляет собой десорбцию. Способность десорбции выбирается в зависимости от обрабатываемой системы.

В качестве десорбирующего агента используют водяной пар. Десорбция проводится также при повышении температуры абсорбента или при понижении его давления.

Процесс десорбции осуществляется в таких же аппаратах, как и абсорбция – колонного типа, тарельчатых. Порядок расчёта абсорберов и десорберов аналогичен расчёту массообменных аппаратов ступенчато-противоточного или непрерывно-противоточного типа (см. главу 𝑉).

𝑉𝐼𝐼. Ректификация.

Ректификация – противоточное взаимодействие двух неравновесных фаз – жидкости и пара, образующегося из этой жидкости. При этом пар непрерывно обогащается низкокипящим – НК (легколетучим) компонентом, а жидкость – высококипящим – ВК (труднолетучим) компонентом. Этим процессом массообмена может быть достигнута любая заданная степень разделения жидких смесей.

Процесс массообмена ректификацией осуществляется как периодически, так и непрерывно при различных давлениях: под атмосферным, больше атмосферного, под вакуумом (для разделения смесей ВК вещества).

Рис.7-1.Схема ректификационной установки непрерывного действия:

1 – колонна; 2 – куб-испаритель; 3 – дефлегматор; 4 – 6 - теплообменники

 

Рис. 7-1 изображает схему ректификационной установки непрерывного действия. Внутри колонны 1 расположены контактные устройства в виде насадки или тарелок, по которым снизу вверх по колонне движется пар, поступающий из выносного куба – испарителя 2 (может размещаться непосредственно под колонной). На каждой тарелке происходит частичная конденсация пара ВК компонента и за счёт конденсации – частичное испарение НК компонента. Следовательно, пар, выходящий из куба – испарителя и представляющий собой почти чистый ВК компонент, по мере движения вверх обогащается НК компонентом и покидает колонну в виде почти чистого пара легколетучего компонента. Пар конденсируется в дефлегматоре 3, охлаждаемом водой. Полученный конденсат разделяется на дистиллят (верхний продукт) и флегму, которая направляется на верхнюю тарелку колонны. Флегма, стекая по колонне и взаимодействия с паром, обогащается труднолетучим компонентом.

В теплообменнике 4 исходная смесь подогревается до температуры кипения и подаётся в колонну на ту тарелку, где кипит смесь того же состава, т.е. на верхнюю тарелку нижней исчерпывающей части колонны. Верхняя часть колонны называется укрепляющей по легколетучему компоненту.

Из куба-испарителя отводят нижний продукт или кубовый остаток.