1.13. Абсорбция. Законы Рауля – Дальтона и Генри. Расход абсорбента. Технологические варианты абсорбции. Батарейный абсорбер, схема с циркуляцией.
Абсорбцией наз. процесс поглощения газов или паров из газовых или парогазовых смесей жидким поглотителем- абсорбентом. Если поглощаемый газ- абсортив- хим. не взаимодействует с абсорбентом, то такую абсорбцию наз. физической (непоглощаемую составную часть газовой смеси наз. инертом, или инертным газом). Если же абсортив образует с абсорбентом хим. соединение, то такой процесс наз. хемосорбцией.
Физ. абсорбция обычно обратима. На этом св-ве абсорбционных процессов основано выделение поглощенного газа из р-ов- десорбция.
Закон Рауля-Дальтона
Закон Рауля. Парциальное давление компонента pi идеального раствора равно произведению давления насыщенных паров Pi при данной температуре на мольную концентрацию компонента в жидкой фазе xi :
рi=Pixi
Известно, что жидкость начинает кипеть при такой температуре, при которой давление ее насыщенных паров становится равным внешнему давлению.
Условие кипящей жидкости:
P=Σрi=Paxi + Pb(1- xi)
Откуда
xi=(P - Pb)/( Pa - Pb) - получили уравнение нижней изобары
По закону Дальтона парциальное давление компонента рi газовой смеси равно произведению давления Pi в системе на мольную долю компонента в газовой смеси yi :
рi=Pyi
При равновесии давление во всех точках системы одинаково. Объединенный закон Рауля-Дальтона
рi=Pixi = Pyi
yi= Pixi/P – уравнение верхней изобары
Следовательно, при данных температуры и давления системы равновесные составы паровой и жидкой фаз однозначно определяются давлениями насыщенных паров компонентов смеси.
Закон Генри. Закон, по которому при постоянной температуре растворимость газа в данной жидкости прямо пропорциональна давлению этого газа над раствором. Закон пригоден лишь для идеальных растворов и невысоких давлений.
Закон Генри записывается обычно следующим образом:
С=kp
где:
p — парциальное давление газа над раствором,
C — концентрация газа в растворе в долях моля,
k — коэффициент Генри.
В пром-ти абсорбцию применяют для решения следующих основных задач:
- для получения готового продукта (например абсорбция SO3 в пр-ве серной к-ты и т.д.); при этом абсорбцию проводятбез десорбции;
- для выделения ценных комп. Из газовых смесей (например, абсорбция бензола из коксового газа и т.д.); при этом абсорбцию проводят в сочетании с десорбцией;
- для очистки газовых выбросов от вредных примесей (например очистка топочных газов от SO2 и т.д.); Очистку газов от вредных примесей абсорбцией используют также применительно к технологическим газам, когда присутствие примесей недопустимо для дальнейшей переработки газа (например, очистка коксового и нефтяного газов отH2S и т.д.).В этих случаях извлекаемые из газовых смесей комп. обычно используют, поэтому их выделяют десорбцией;
- для осушки газов, когда в абсорбционных процессах (абсорбция, десорбция) участвуют две фазы- жидкая и газовая- и происходит переход в-ва из газовой фазы в жидкую (абсорбция) или наоборот, из жидкой в газовую (десорбция), причем инертный газ и поглотитель явл. только носителями комп. соответственно в газовой и жидкой фазах и в этом смысле в массопереносе не участвуют.
Простейший технологический вариант процесса физ. абсорбции сводится к непрерывному или ступенчатому контакту встречных или однонаправленных потоков газа и абсорбента при их прохождении ч/з апп. В тех случаях, когда требуемая высота апп. очень велика и не может быть реализована по практическим причинам, устанавливают несколько последовательно соединенных апп. (батарейные абсорберы), сохраняя принятые в расчете направления потоков.
1 – абсорбер; 2 – сборник; 3 – насос; 4 – холодильник.
В хим. технике используют следующие принципиальные схемы абсорбционных процессов: прямоточные, противоточные, одноступенчатые с рециркуляцией и многоступенчатые с рециркуляцией.
Прямоточная схема взаимодействия в-в в процессе абсорбции. В этом случае потоки газа и абсорбента движутся параллельно друг другу; при этом газ с большей концентрацией распределяемого в-ва приводится в контакт с жидкостью, имеющей меньшую концентрацию распределяемого в-ва, а газ с меньшей концентрацией взаимодействует на выходе из апп. С жидкостью, имеющей большую концентрацию распределяемого в-ва.
Противоточная схема. По этой схеме в одном конце апп. Приводятся в контакт газ и жидкость, имеющие большие концентрации распределяемого в-ва, а в противоположном конце – меньшие.
Схемы с рециркуляцией предусматривают многократный возврат в апп. либо жидкости, либо газа.
1 – абсорбер; 2 – наос; 3 – холодильник.
Газ проходит ч/з апп. Снизу вверх, и концентрация распределяемого в-ва в нем изменяется от YН до Yк. Поглощающая жидкость подводится к верхней части апп. При концентрации распределяемого в-ва Хн, затем смешивается с выходящей из апп. Жидкостью, в результате чего концентрация повышается до Хс. Рабочая линия представляется на диаграмме отрезком прямой; крайние точки его имеют координаты YН,
Хн и Yк, Хс соответственно. Значение Хс легко найти из уравнения материального баланса.
«G(YН-Yк) = L( Хн-Хс),
где G-поток газовой смеси, кмоль/ч инертного газа; L- поток абсорбента, кмоль/ч абсорбента».
Одноступенчатые схемы с рециркуляцией м/б противоточными и прямоточными.
Многоступенчатые схемы с рециркуляцией могут включать прямой ток, противоток, рециркуляцию жидкости и рециркуляцию газа.