Главная | Обратная связь

Поверхностные абсорберы

Общие сведения

Абсорбция - это объемное поглощение газов и паров жидкостью (абсор­бентом) с образованием раствора. Процесс, обратный абсорбции, называется де­сорбцией.

Различают физическую, химическую и так называемую промежуточную абсорбцию.

Физическая абсорбция связана с образованием физического раствора без химического взаимодействия поглощаемого компонента и растворителя. Энергия взаимодействия поглощаемого компонента и растворителя всегда ≤20 кДж/моль поглощаемого вещества [1].

Химическая абсорбция (хемосорбция) связана с протеканием определён­ных химических реакций между поглощаемым компонентом и абсорбентом. Энергия взаимодействия в этом случае всегда > 25 кДж/моль поглощаемого веще­ства [1].

Промежуточная абсорбция связана с образованием между молекулами по­глощаемого вещества и абсорбента слабых координационных связей (например, водородных) с энергией взаимодействия 20 - 30 кДж/моль поглощаемого вещест­ва [1].

При физической абсорбции поглощающая способность абсорбента (при достижении равновесия) определяется константой фазового равновесия. Чем она меньше, тем лучше поглотительные возможности растворителя. Константа фазо­вого равновесия, в свою очередь, является функцией давления, температуры и со­става газа и жидкости, т.е.:

 

 

Решающее влияние принадлежит первым двум аргументам. С ростом дав­ления растворимость любого компонента газа увеличивается (константа фазового равновесия понижается). С ростом температуры растворимость плохо раствори­мых газов увеличивается (за исключением водных растворов), а растворимость хорошо растворимых газов уменьшается.

При химической абсорбции поглощающая способность абсорбента (при достижении равновесия) определяется константой равновесия конкретной хими­ческой реакции, которая, в свою очередь, подчиняется принципам Ля - Шателье. Поскольку поглощение идёт с уменьшением объёма, то с ростом давления рас­творимость абсорбируемого компонента увеличивается. Поскольку хемосорбция может идти как с выделением, так и с поглощением тепла, причём, в гораздо больших количествах, чем при физической абсорбции, то с ростом температуры растворимость абсорбируемого компонента будет уменьшаться, если реакция идёт с выделением тепла и, наоборот, будет возрастать, если реакция идёт с по­глощением тепла. Кроме того, при хемосорбции роль состава газовой и жидкой фазы, пожалуй, не менее значительна, чем давление и температура, ибо он может привести либо к полному прекращению реакции (при наличии ингибитора), либо к её стремительному протеканию в присутствии каталитических добавок.

С термодинамической точки зрения химическая абсорбция особо выгодна для удаления из газа компонентов с малыми концентрациями, в то время как для грубой очистки пригодны оба метода.

При физической абсорбции поглощаемый газ в результате молекулярной, конвективной, а также турбулентной диффузии из ядра газового потока перено­сится к границе раздела фаз, а затем, по такому же механизму равномерно рас­пределяется в объёме жидкости. При химической абсорбции эти процессы осложняются химической реакцией, причём, скорость каждого процесса сказывается на скорости реакции. Поскольку, скорость химической реакции, как правило, выше скорости диффузии, именно последняя (во всех своих проявлениях) является ли­митирующей стадией всего процесса.

2. Абсорбционно - десорбционные циклы. Абсорбцию, как правило, осуществляют в виде абсорбционно - десорбционного цикла, обобщённая схема которого приведена на рис.1. [2].

Исходный газ потоком I поступает в нижнюю часть абсорбера 1. В верх­нюю часть абсорбера потоком VI подаётся полностью регенерированный абсорбент.

Рис. 1. Схема абсорбционно - десорбционного цикла

1. Абсорбер; 2. Холодильник/Подогреватель; 3,4. Теплообменники; 5. Десорбер; 6, 7, 8. Холодильники; 9. Сепаратор; 10. Подогреватель; II. Фильтр; 12. Рибойлср.

I. Исходный газ; II. Оставшийся газ после абсорбции; III. Рециркулят абсорбента; IV. Хладоагент /Теплоноситель; V. Насыщенный (отработанный) абсорбент; VI. Полностью регенерированный абсорбент, VII Частично регенерированный абсорбент, VIII. Хладоагент; IХ. Десорбированный компонент исходного газа; X. Абсорбент на орошение десорбера; XI Теплоноситель; XII Обдувочный газ; XIIL Отработанный абсорбент на перегонку; XIV. Пары абсорбента; XV. Продукты превращения абсорбента; XVI. Вывод отработанного абсорбента; XVII. Водяной пар; XVIII. Свежий абсорбент.

 

Газ, поднимаясь в верх аппарата, взаимодействует на специальных контакт­ных устройствах с абсорбентом, стекающим в нижнюю часть абсорбера, в резуль­тате чего и происходит поглощение тех или иных компонентов исходного сырья. При этом, чем выше циркуляция поглотителя, тем меньше размеры абсорбера, но выше эксплуатационные расходы и побочное поглощение из газа нецелевых ком­понентов. Для снижения этих расходов поглотитель может подаваться в абсорбер разной степени регенерированности и в разные точки соответственно (поток VII). Для поддержания в абсорбере необходимой температуры используют циркуля­цию части абсорбента (поток III) через холодильник/подогреватель 2, орошаемый либо теплоносителем либо хладоагентом в зависимости от того с экзо или эндо эффектом идёт поглощение в абсорбере. Оставшийся после абсорбции газ пото­ком II выводится с установки. Насыщенный (отработанный) абсорбент потоком V направляется на регенерацию в десорбер 5. Регенерацию отработанного абсорбента, как правило, осуществляют либо снижением давления, либо нагревом, ли­бо отдувкой плохо растворимым газом. Для этого, отработанный абсорбент после предварительного подогрева в теплообменниках 3 и 4 стекает по специальным контактным устройствам десорбера в его нижнюю часть (навстречу отдувочному газу - поток XII) непрерывно подогреваясь с помощью циркулирующей горячей струй, организуемой с помощью подогревателя 10, в качестве которого может ис­пользоваться и печь. Частично и полностью регенерированный абсорбент отбира­ется из десорбера в разных точках и после прохождения теплообменников 3 и 4 охлаждается в холодильниках 6 и 7 соответственно и возвращается в абсорбер. Часть регенерированного абсорбента, как правило, непрерывно прогоняется пото­ком XII через фильтр 11, где он очищается от механических примесей и продук­тов коррозии, способных забить контактные устройства. Кроме этого, часть отра­ботанного абсорбента направляется потоком XIII на перегонку в рибойлер 12. Та­ким образом удаётся избавиться от высокомолекулярных продуктов осмоления абсорбента, образующихся в результате побочных реакций. Но даже в этом слу­чае, часть отработанного реагента потоком XVI непрерывно выводится с установ­ки, а его убыль компенсируется добавкой свежего абсорбента (поток XVIII). Пары абсорбента вместе с десорбировавшимся (ранее поглощенным) компонентом и отдувочным газом после холодильника 8 разделяются в сепараторе 9. Абсорбент возвращается на орошение контактных устройств абсорбера, а десорбировавшийся компонент (вместе с отдувочным газом) покидают установку потоком IX.

Все абсорбционно-десорбционные циклы подразделяются на три группы.

К первой группе относятся схемы, по которым десорбция поглощенного компонента не производится, а поглотитель используется однократно.

Ко второй группе относятся схемы с десорбцией поглощённого компонен­та, при этом, поглотитель используется многократно.

К третьей группе относятся схемы, по которым регенерация поглотителя осуществляется не путём десорбции, а другими специальными методами.

Абсорбционно-десорбционные циклы первой группы применяют в тех случаях, когда отработанный поглотитель представляет собой некий ценный готовый продукт или полупродукт и поэтому его регенерация не требуется. Схемы с однократным использованием поглотителя также применяют, когда поглотитель дёшев, а извлекаемый компонент не представляет ценности или получается в не­значительных количествах. В этом случае, целесообразнее сбрасывать использо­ванный поглотитель как отход или применять его для каких - либо других целей, чем проводить дорогостоящий процесс десорбции.

Абсорбционно-десорбционные циклы второй группы наиболее распро­странены. Их суть сводится к тому, что отработанный абсорбент направляется на ту или иную регенерацию, в результате чего из него выделяются ранее поглощён­ные компоненты, направляемые на дальнейшую переработку или утилизацию, а сам поглотитель возвращается в процесс.

Абсорбционно-десорбционные циклы третьей группы применяют в тех случаях, когда в результате абсорбции поглощаемый компонент связывается с по­глотителем в химическое соединение. Это соединение в процессе регенерации химически разлагается с образованием исходного поглотителя, возвращаемого в процесс, и продукта, в который преобразуется ранее поглощённый компонент. 3. Классификация и устройство абсорберов

 

Поверхностные абсорберы

Общепринятая классификация абсорбционных аппаратов приведена на рис.2.