ВВЕДЕНИЕ
На промышленных предприятиях приходиться осуществлять не только разделение растворов на составляющие их компонентов, но и процессы разделения газовых и паровых смесей.
Для разделения газовых и паровых смесей чаще всего используют сорбционные процессы. В основе сорбционных процессов лежит избирательная способность к поглощению отдельных компонентов смеси.
Сорбция - поглощение газов, паров и растворенных веществ твердыми телами и жидкостями. Виды сорбции:
- адсорбция;
- абсорбция;
- хемосорбция;
- капиллярная конденсация.
Адсорбция - процесс поглощения одного или нескольких компонентов из газовой смеси или раствора твердым веществом - адсорбентом.
Абсорбция - процесс поглощения паров или газов из газовых или паро-газовых смесей жидкими поглотителями - абсорбентами.
Хемосорбция - поглощение одного вещества другими, сопровождающиеся химической реакцией (поглощение аммиака водой, поглощение влаги и кислорода металлами).
Капиллярная конденсация - паров в микропористых сорбентах (она происходит вследствие того, что давление паров над вогнутым мениском жидкости в смачиваемых ею узких капиллярах меньше, чем давление насыщенного пара над плоской поверхностью жидкости при той же температуре).
Смесь паров или газов, направляемых на абсорбцию или адсорбцию называют абсорбтивом или адсорбтивом, а вещества используемые как поглотитель называют абсорбентом или адсорбентом.
Рекуперация - метод улавливания или выделения органических растворителей с целью их повторного использования.
Процессы абсорбции применяются для:
- извлечения ценных компонентов из газовых смесей;
- санитарной очистки выпускаемых в атмосферу отходящих газов от сернистого ангидрида;
- как основная технологическая стадия ряда важнейших производственных процессов (например: абсорбция серного ангидрида в производстве серной кислоты и т.д.).
Абсорбенты обладают свойством селективности (изберательности) (каждый абсорбент лучше всего поглощает какие-то определенные газы и пары; другие составляющие газовой смеси им не поглощаются совсем или поглощаются незначительно.
Движущей силой, обуславливающей растворение газа или пара в абсорбенте, является разность концентраций его в растворе и над жидкостью (если концентрация в газовой фазе компонента, который улавливает, больше, чем в жидкости, значит идет процесс растворения, в противном случае поглощенный компонент будет выделяться из абсорбента).
Равновестность этой системы при постоянных давлении и температуре определяется законом Генри, в соответствии с которым растворимость газа пропорциональна его парциальному давлению над жидкостью:
где: Ха - молярная концентрация газа;
y - коэфициент Генри, зависящий от свойств газа и жидкости;
Ра - парциальное давление газа над жидкостью.
Процессы абсорбции, как правило, экзотермичны. Выделяющееся тепло будет повышать температуру процесса, что вызывает снижение поглотительной способности жидкости и условия абсорбции будут ухудшаться. С повышением давления растворимость газа в жидкости увеличивается, следовательно условия абсорбции будут улучшаться. Оптимальные условия ведения процесса абсорбции:
- пониженная температура;
- повышенное давление.
Аппараты, в которых осуществляется процесс абсорбции, называется абсорберами или скруберами.
Типы абсорбентов:
- насадочные;
- тарелочные;
- барботажные;
- распыливающие, разбрызгивающие.
Конструктивно они мало чем отличаются от ректификационных колонн соответствующего типа.
Процесс обратного извлечения из абсорбента уловленного компонента (процесс десорбции) осуществляется по разному:
- из раствора - ректификацией;
- из нестойкого химического соединения - путем нагревания или окисления.
1. Краткое описание производственного процесса
Из смеси паров и газов необходимое вещество можно выделить используя метод абсорбции. При улавливании паров этилового спирта из этилена в качестве абсорбента используется вода.
Ниже дано описание производственного процесса абсорбционной установки.
Поступающая на установку по линии 1 смесь пара и газа (этилен с парами этилового спирта) с начальным давлением 6 МПа подвергается охлаждению до температуры 10°С в водяных кожухотрубчатых холодильниках 2. Предварительное сжатие и охлаждение начальной смеси обеспечивается в последующем более эффективным улавливанием паров из смеси газов. Из холодильника 2 смесь пара и газа поступает в два последовательно соединённых абсорбера 3. Абсорберы представляют собой вертикальные цилиндрические аппараты, внутренний объём которых заполнен насадкой в виде керамических колец. В верхнюю часть последнего по ходу газа абсорбера насосом 12 подаётся регенерированный и охлаждённый в холодильнике 14 поглотитель-абсорбент - вода. Абсорбент, проходя абсорберы навстречу движению газа, поглощает из него пары бензина или спирта и в виде насыщенного раствора поступает в сборник 16. Очищенный от пара газ (природный или этилен) выходит из последнего абсорбера по линии 4 и поступает в компрессор 7, сжимается до давления необходимого для дальнейшей его переработки. Сжатый газ по линии 8 отводится из компрессорной станции.
Насыщенный абсорбент из ёмкости 16 насосом 15 подаётся на разделение (десорбцию) в ректификационную колонну 5. Перед поступлением на десорбцию абсорбент подогревается до температуры кипения в подогревателе 13. Ректификационная колонне 5 имеет колпачковые тарелки. Рабочее давление в колонне приведено в табл.1, температура в верхней части колонны равна температуре кипения удавливаемой жидкости (этилового спирта), температура в нижней части колонны равна температуре кипения применяемого абсорбента (воды). Нижняя часть колонны имеет подогреватели.
Теплоносителем подогревателей ректификационной колонны 5 и подогревателя насыщенного абсорбента 13 является водяной пар.
В ректификационной колонне 5 из абсорбента отгоняются поглощённые им из начальной смеси пары этилового спирта. Отогнанный, из абсорбента пар выходит из верхней части колонны и поступает на конденсацию к охлаждение в конденсатор-холодильник 6. Поглощённый конденсат этилового спирта с температурой 20 оС поступает в емкость ректификата 10. Из ёмкости 10 часть жидкости насосом 11 подается в качестве флегмы на орошение ректификационной колонны 5, остальная часть отводится на склад в ёмкости готовой продукции.
Все основные аппараты технологической схемы размещены на открытой площадке. Колонные аппараты (абсорберы, ректификационные колонны) и непосредственно связанные с ними аппараты, расположены на трёхэтажной, металлической этажерке, имеющей две двухмаршевые лестницы. Холодильники, подогреватели и промежуточные емкости расположены на отдельных площадках. Площадки имеют по периметру бортики высотой 15 см для защиты от растекания разлившейся жидкости.
Параметры работы аппаратов приведены в табл. 1 и 2.
Табл.1 Исходные данные об аппаратах, оборудовании и помещении
| Позиция на рис.1. | Наименование оборудования | Режим работы | Размеры |
| Р, МПа | t, оС | d или l, м | h, м |
| 1 | Линия подачи на абсорбцию | 0,6 | 20 | - | - |
| 2 | Холодильник газа кожухатрубчатый | 0,6 | 10 | 0,8 | 5 |
| 3 | Абсорберы | 0,5 | 15 | 1,5 | 30 |
| 4 | Линия подачи газа к компрессору | 0,45 | 15 | - | - |
| 5 | |