Введение - Абсорбция аммиака

Абсорбция -- поглощение веществ из газа (обычно из газовой смеси) или жидкости жидкостями или--реже--твердыми телами. Жидкость или твердое тело, поглощающие газ или растворенное вещество, называется абсорбентами. При абсорбции поглощение веществ происходит во всем объеме поглотителя. Поглощение вещества может быть осложнено химическим взаимодействием поглощаемого вещества с поглотителем.

Вещество, которое содержится в газовой фазе и при абсорбции не переходит в жидкую фазу, называют газом-носителем. Вещество, в котором происходит растворение абсорбируемых компонентов, называют растворителем (поглотителем или абсорбентом). Вещество, которое содержится в газовой фазе и при абсорбции переходит в жидкую фазу, т. е. поглощаемый компонент, называют абсорбтивом. Поглощаемое вещество в объеме поглотителя - абсорбат. Абсорбат удерживается в абсорбенте, равномерно распределяясь среди его молекул, вследствие растворения или химической реакции.

Технически наиболее важным видом абсорбции является поглощение газов жидкостями. К абсорбции относятся также извлечение растворенных в данной жидкости веществ другой жидкостью, не смешивающейся с растворителем, например в случае воды -- бензолом или эфиром (экстракция). Абсорбция газов металлами (напр., водорода палладием), особенно при повышенных температуpах, с образованием твердых растворов или отчасти химических соединений называется окклюзией.

Абсорбцию применяют в промышленности с целью: разделения газовых смесей с помощью селективных поглотителей (выделение компонентов из раствора и получение его в чистом виде путем десорбции, после чего поглотитель повторно используют, напр. для абсорбции бутадиена в производстве синтетического каучука, бензола в коксохимическом производстве и др.); очистки газов от вредных примесей (H2S, SO2, СO2, СО и др.); получения готового продукта (например серной кислоты посредством абсорбции SО3, соляной кислоты -- абсорбция газообразного HCl). Большое значение имеет извлечение углеводородных газов (природных и искусственных) из их смесей (например, газового бензина), а также выделение индивидуальных углеводородов (от пропана до изопентана). В этом случае в качестве абсорбентов применяют стабильные вещества с малым мол. весом, низкой вязкостью и малой летучестью (керосин, газойль, вазелиновое, соляровое и веретенное масла).

Классификация

Абсорбция, как и другие процессы массопередачи, протекает на поверхности раздела фаз. Для интенсификации процесса абсорбции необходимы аппараты с развитой поверхностью контакта между жидкой и газовой фазами (абсорбента с газом-носителем). По способу образования этой поверхности и диспергации абсорбента, что непосредственно связано с конструктивными особенностями абсорберов, их можно подразделить на четыре основные группы: 1) пленочные; 2) насадочные; 3) барботажные (тарельчатые); 4) распыливающие или распылительные (брызгальные).

По способу организации массообмена абсорбционные устройства принято делить на аппараты с непрерывным и ступенчатым контактом фаз. К устройствам с непрерывным контактом можно отнести насадочные колонны, распылительные аппараты (полые скрубберы, скрубберы Вентури, ротоклоны и др.), однополочные барботажные и пенные устройства, а к устройствам со ступенчатым контактом - тарельчатые колонны, многополочные барботажные и пенные устройства.

Для абсорбции газовых загрязнителей чаще всего применяются насадочные и тарельчатые колонные аппараты.

Насадочные абсорберы.

Насадочные абсорберы получили наибольшее применение в промышленности. В насадочных колоннах обеспечивается лучший контакт обрабатываемых газов с абсорбентом, чем в полых распылителях, благодаря чему интенсифицируется процесс массопереноса и уменьшаются габариты очистных устройств. Эти абсорберы представляют собой колонны, заполненные насадкой - твердыми телами различной формы.

К основным характеристикам насадки относят ее удельную поверхность f (м2/м3) и свободный объем (м3/м3). Еще одной характеристикой насадки является ее свободное сечение S (м2/м2). Принимают, что свободное сечение насадки равно по величине ее свободному объему, т. е. S =. Максимальную поверхность контакта на единицу объема образуют седлообразные насадки "Инталокс". Они имеют и минимальное гидравлическое сопротивление, но стоимость их выше, чем кольцевых насадок. Из кольцевых насадок наилучший контакт создают кольца Палля. В качестве насадки наиболее широко применяют тонкостенные кольца Рашига, имеющие высоту, равную диаметру, который изменяется и пределах 15...150 мм. Кольца малых размеров засыпают в колонну навалом. Большие кольца (от 50*50 мм и выше) укладывают правильными рядами, сдвинутыми друг относительно друга. Такой способ заполнения аппарата насадкой называют загрузкой в укладку, а загруженную таким способом насадку - peгулярной. Регулярная насадка имеет ряд преимуществ перед нерегулярной, навалом засыпанной в колонну: обладает меньшим гидравлическим сопротивлением, допускает большие скорости газа. Однако регулярная насадка требует более сложных по устройству оросителей, чем насадка, засыпанная навалом.

Хордовую насадку обычно применяют в абсорберах большого диаметра. Несмотря на простоту ее изготовления, хордовая насадка вследствие небольших удельной поверхности и свободного сечения вытесняется более сложными и дорогостоящими видами фасонных насадок [1, c. 8].

В насадочной колонне насадка укладывается на опорные решетки, имеющие отверстия или щели для прохождения газа и стока жидкости, которая достаточно равномерно орошает насадку с помощью распределителя и стекает по поверхности насадочных тел в виде тонкой пленки вниз. Однако равномерного распределения жидкости по всей высоте насадки по сечению колонны обычно не достигается, что объясняется пристеночным эффектом. Вследствие этого жидкость имеет тенденцию растекаться от центральной части колонны к ее стенкам [6, c. 326].

Эффективность массопередачи в насадочных колоннах значительно зависит от равномерности распределения потоков контактирующих фаз, соотношения их скоростей и условий орошения элементов насадки.

Жидкость в насадочной колонне течет по элементу насадки в виде тонкой пленки, поэтому поверхностью контакта фаз является в основном смоченная поверхность насадки. Однако при перетекании жидкости с одного элемента насадки на другой пленка жидкости разрушается и на нижележащем элементе образуется новая пленка. При этом часть жидкости проходит на расположенные ниже слои насадки в виде струек, капель и брызг. Часть поверхности насадки, в основном в местах соприкосновения насадочных элементов друг с другом, бывает смочена неподвижной (застойной) жидкостью. Равномерность распределения газа по сечению абсорберов зависит от способа его ввода в аппарат. При вводе по оси аппарата газ движется преимущественно в центральной его части, лишь постепенно заполняя все сечение аппарата. Наличие опорно-распределительной решетки значительно повышает равномерность движения газа в основном объеме аппарата. Для насадочных колонн очень важным является равномерный по сечению колонны ввод газа под опорную решетку, для того чтобы избежать байпасирования газа в насадке по ее высоте. С этой целью расстояние между днищем абсорбера и насадкой делают достаточно большим.

Начальная равномерность распределения абсорбента достигается посредством ее диспергированной подачи на поверхность насадки через распылительные форсунки или распределительные тарелки с большим числом отверстий. При дальнейшем передвижении жидкости ее контактирование с газовой фазой ухудшается из-за оттока к стенкам колонны. Поэтому высоту насадки делят на несколько слоев (прусов), устанавливая между ними перераспределительные устройства в виде тарелок.

Недостаточное орошение элементов насадки ведет к недоиспользованию поверхности ее контакта. Значительный избыток жидкости может вызвать частичное затопление насадки, что также ведет к ухудшению контакта фаз на поверхности насадочных элементов. Ориентировочно минимальную плотность орошения с м3/ч на 1 м2 поверхности насадки, можно принять как 0,12 fV , где fV - удельная поверхность насадки, м2/м3, а максимальную плотность орошения - в 4...6 раз выше минимальной.

Соотношение расходов жидкости и газа, поступающих в колонну, должно соответствовать оптимальному гидравлическому режиму работы насадочного слоя. При низких расходах газа наблюдается пленочное стекание жидкости. С увеличением подачи газа наступает момент, когда часть жидкости начинает задерживаться и скапливаться в слое насадки, а его гидравлическое сопротивление быстро растет. Такой режим называют началом (точкой) подписания (или торможения). Дальнейшее увеличение расхода газа приводит к запиранию потока жидкости и ее эмульгированию. При этом наступает обращение, или инверсия, фаз (жидкость становится сплошной фазой, а газ - дисперсной). Соответствующий режим называют началом (точкой) захлебывания. Режим эмульгирования соответствует максимальной эффективности насадочных колонн вследствие увеличения контакта фаз, но это повышение эффективности насадочной колонны сопровождается резким увеличением ее гидравлического сопротивления.

Скорость захлебывания снижается с увеличением отношения расхода Жидкости к расходу газа, насыпной плотности насадки и с уменьшением размера насадочных элементов, а также зависит от типа насадки.

Насадочные абсорберы должны работать с максимально возможными остями газового потока, при которых насадка не захлебывается. Обычно эта скорость превышает половину скорости захлебывания. Для колец Рашига ее можно принимать до 60...80 %, для седлообразных насадок - до 60...85 % от скорости захлебывания.

При выборе размеров насадки необходимо учитывать, что с увеличением размеров ее элементов увеличивается допустимая скорость газа, а гидравлическое сопротивление насадочного абсорбера снижается.

Диаметр колонны с крупной насадкой будет ниже, несмотря на то, что высота насадки несколько увеличится по сравнению с абсорбером, заполненным насадкой меньших размеров. Это особенно относится к абсорбции хорошо растворимых газов. При абсорбции плохо растворимых газов более подходящей может быть и сравнительно мелкая насадка.

Если необходимо провести глубокое разделение газовой смеси, требующее большого числа единиц переноса, то в этом случае рациональнее использовать мелкую насадку [1, c. 10-14].

Похожие статьи




Введение - Абсорбция аммиака

Предыдущая | Следующая