АБСОРБЦИЯ

МОДУЛЬ № 5

МАСООБМЕННЫЕ ПРОЦЕССЫ

ЛЕКЦИЯ № 26

АБСОРБЦИЯ

1. Г.Д. Кавецкий, В.П. Касьяненко «Процессы и аппараты пищевой технологии».- М., КолосС, 2008.-591 с.: ил. 2. Процессы и аппараты пищевых производств. Учебник для вузов в 2 книгах/…  

ВОПРОС №1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

Абсорбцией называется процесс поглощения газов или паров (абсорбтивов) из газовых или паровых смесей жидкими поглоти­телями — абсорбентами. Этот… После абсорбции одного или нескольких компонентов из газо­вой или паровой… Существуют физическая абсорбция и хемосорбция. При физи­ческой абсорбции в процессе растворения газа не происходит…

ВОПРОС 2. ФИЗИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ АБСОРБЦИИ

При взаимодействии газа с жидкостью возникает система, со­стоящая из двух фаз (Ф = 2) и трех компонентов — распределяемо­го вещества и двух…  

Рис. 1. Зависимость между растворимостью газов в

Жидкости и его парциальным давлением над раствором

при различных температурах (t₁ > t₂> t₃)

Закону Генри подчиняются сильно разбавленные растворы, а также растворы при небольших давлениях, которые по своим свойствам приближаются к идеальным. Для концентрированных растворов и больших давлений зависимость между равновесными концентрациями выражается кривой линией, вид которой опреде­ляют экспериментально.

 

 

ВОПРОС 3. МАТЕРИАЛЬНЫЙ БАЛАНС И КИНЕТИКА АБСОРБЦИИ

После интегрирования выражения в пределах начальных и ко­нечных концентраций получают уравнение (6*), из которого оп­ределяют расход абсорбента,…   (5)

ВОПРОС 4. ПРИНЦИПИАЛЬНЫЕ СХЕМЫ

Прямоточная схема взаимодействия веществ в абсорбере пока­зана на рис. 4, а. В этом случае потоки газа и абсорбента дви­жутся в одном направлении;… Противоточная схема показана на рис. 2, б. В противоточном абсорбере в одном… При противоточном процессе достигается большая конечная концентрация абсорбтива в абсорбенте, чем при прямоточном.…

ВОПРОС 5. КОНСТРУКЦИИ АБСОРБЕРОВ

Наиболее распространенные барботажные абсорберы — тарельчатые вер­тикальные колонны, внутри которых на определенном расстоянии друг от друга по… Колпачковые, ситчатые, клапанные тарелки снабжены специальными уст­ройствами…  

Рис. 6. Тарелки из штампованных элементов S-образной формы

В ситчатых тарелках (рис. 7) предусмотрено большое количество от­верстий диаметром 1...5 мм, равномерно распределенных по всему днищу та­релки. Газ проходит через эти отверстия и через слой жидкости в виде мел­ких струек и пузырьков. На ситчатых тарелках достигается более мелкое дробление струй и большая равномерность потока газа, что резко повышает эффективность абсорбции. Факторы, ограничивающие применение этих та­релок, — вероятность засорения и возможная коррозия отверстий.

 

Рис. 7. Схема работы аппаратов:

а — ситчатых тарелок, б — пенного абсорбера

 

Жидкость в пенных абсорберах перели­вается с тарелки на тарелку с помощью пе­реливных устройств коробчатого типа, в ко­торых происходит разрушение пены. При увеличении высоты пены на тарелке возрас­тает эффективность массопередачи. Однако при этом растет и гидравлическое сопротив­ление, что ограничивает область примене­ния пенных абсорберов.

В пластинчатых тарелках (рис. 8) осуществляется направленное движение жидкости и газа; каждая ступень работает по принципу прямотока, что позволяет су­щественно повысить нагрузку по газу и жидкости.

Рис. 8. Схема работы пластинча­тых тарелок:

1 — отверстия; 2 — переливное устройство

 

Газ проходит сквозь щели, образованные пластинами, под углом 10...15°, со скоростью 20...40м/с. В этих условиях жидкость дис­пергируется на мелкие капли и отбрасывается вдоль тарелки к следующей щели, где контакт жидкости и газа повторя­ется до перелива жидкости через сливной карман. Отсутствие переливного порога в тарелках этого типа уменьшает гидравлическое сопротивление. До­стоинство этих тарелок — возможность использовать их при работе с загряз­ненными жидкостями, недостаток — снижение эффективности при неболь­шом расходе жидкости.

В клапанных тарелках (рис. 9) отверстия перекрыты свободнолежащими над ними клапанами. Высота подъема клапана ограничивается ско­бой. С изменением расхода газа клапан своим весом автоматически регули­рует величину щели для прохода газа и тем самым обеспечивает его постоянную скорость. Поэтому клапанные тарелки могут стабильно рабо­тать с высокой эффективностью в широком диапазоне нагрузок по газу.

 

Рис.9. Схема работы клапана:

а – клапан; 2 – скоба

 

Провальные тарелки не имеют переливных устройств (рис. 10). Жидкость удерживает­ся на тарелке, образует пену с барботирующим через отверстия газом и перетекает (провалива­ется) на нижележащую тарелку через те же от­верстия. Провал жидкости происходит перио­дически: при истечении жидкости через отверстия гидростатическое давление столба пены над отверстием уменьшается, поэтому в следующий момент времени через это же отверстие барботирует газ. Высоту слоя пены регулируют скоростью газа. Достоинство этих тарелок — простота устройства, недостаток — пульсирующий гидродинамический режим тарел­ки и недостаточное дробление восходящего потока газа, что снижает эффек­тивность абсорбции.

 

Рис. 10. Провальные тарелки:

а — дырчатые; б — решетчатые

 

Выбор типа тарелок определяется техническими условиями процесса абсорбции.

Насадочные абсорберыполучили широкое распространение в технике. Чтобы насадка работала эффективно, она должна обла­дать большой удельной поверхностью; оказывать небольшое гид­равлическое сопротивление газовому потоку; хорошо смачиваться рабочей жидкостью; равномерно распределять жидкость по сече­нию абсорбера; быть коррозиестойкой по отношению к рабочей жидкости и газу; обладать высокой механической прочностью; быть легкой и недорогой.

 

Рис. 11. Типы насадок:

а — плоскопараллельная; б— фасонные керамические и способы их укладки (в — навалом; г -организованно)

 

Некоторые типы используемых в промышленности насадок и способы их укладки в аппарат приведены на рис. 11. Наиболее распространенной насадкой являются керамические кольца Рашига. Размеры изготовляемых насадок: 15x15x2,5; 25x25x3; 50 х 50 х 5 мм. Геометрической характеристикой насадок служит эквивалентный диаметр

 

(7)

 

 

Для колец Рашига удельная поверхность и свободный объем с увеличением размеров насадок составляют соответственно 300; 204; 87,5 м²/м* и 0,7; 0,74; 0,785 м³/м³.

В насадочном абсорбере (рис. 12) жидкость, подаваемая через распределительное устройство, при небольших скоростях газа те­чет по элементу насадки в виде тонкой пленки. Поверхностью контакта фаз является смоченная поверхность насадки, и в этом режиме насадочные аппараты можно рассматривать как пленоч­ные. Чтобы жидкость не растекалась к стенкам аппарата, насадки загружают посекционно. Между секциями устанавливают устрой­ство для перераспределения жидкости.

Насадочные колонны работают наиболее эффективно в усло­виях режима подвисания, близкого к режиму захлебывания, т. е. такого режима, при котором вес находящейся на насадке жид­кости становится равным силе трения газового потока о жид­кость.

В режиме подвисания пленочное течение жидкости нарушает­ся: возникают брызги, различного рода завихрения и т. д. Жид­кость заполняет свободный объем насадки, образуя газожидкост­ную смесь. При этом значительно возрастают по сравнению с пле­ночным режимом площадь поверхности контакта фаз и коэффициенты массопередачи. Дальнейшее не­большое увеличение скорости газа приво­дит к захлебыванию колонны. Это явление характеризуется прекращением противоточного движения потоков и выносом жид­кости из колонны. Насадочный абсорбер работает в оптимальном режиме при ско­ростях газа, на 15...20% меньших скорос­тей, вызывающих захлебывание.

 

Рис. 12. Устройство аппарата с насадкой:

1—распределительное устройство; 2— насадка; 3 — устрой­ство для перераспределения жидкости; 4— решетка