1)Физическая сущность процесса абсорбции

Абсорбция — процесс избирательного поглощения компо­нентов газовой смеси жидким поглотителем (абсорбентом). Процесс аб­сорбции происходит в том случае, когда парциальное давление извлекаемо­го компонента в газовой смеси выше, чем в жидком абсорбенте, необходимо, чтобы газ и абсорбент не находились в состоянии равновесия. Различают два вида абсорбции: физическую, при которой извлечение компонентов из газа происходит благодаря их раство­римости в абсорбентах и химическую (хемосорбцию), основанную на хими­ческом взаимодействии извлекаемых компонентов с активной частью аб­сорбента.

Поглощение компонентов газовой смеси при абсорбции сопровожда­ется выделением тепла, величина которого пропорциональна массе и теп­лоте растворения q_A поглощенных компонентов. Выделение из абсорбента поглощенных компонентов - десорбция.

р_г > р_р –абсорбция р_г <р_р –десорбция

Уравнение массопередачи при абсорбции

M = K_pF(p_г-p_p) = K_yF(y-y_p) = K_хF(x_p-x)

-разность концентраций компонента в га­зовой у = у —. у_р или жидкой фазе х = х_р — х.

-поверхности контакта газовой и жидкой фаз F

-К коэффициентом массопередачи при аб­сорбции и характеризует массу вещества, переданную в единицу времени через единицу поверхности контакта фаз при движущей силе, равной еди­нице.

2) ПРИНЦИПИАЛЬНЫЕ СХЕМЫ АБСОРБЦИОННЫХ УСТАНОВОК

Принципиальная схема абсорбционно-десорбционной установки:

1— абсорбер; 2 — холодильник; 3 — подогреватель; 4 — десорбер; 5 — конденсатор; 6 — емкость; 7 — теплообменник. Потоки: I — сырой газ; II — сухой (тощий) газ; III — насыщенный абсорбент; IV — регенерированный абсорбент; V — извлеченные компоненты; V7 — несконденсированные газовые компоненты; VII — жидкий продукт

3)Материальный баланс абсорбера

Материальный баланс для нижней части абсорбера

—удельный расход абсорбента.

4) Рис. V1-5. Графический расчет числа теоретических тарелок в абсорбере:

АВ — рабочая линия; ОС — кривая равновесная фаз

ГРАФИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ ЧИСЛА ТЕОРЕТИЧЕСКИХ ТАРЕЛОК В АБСОРБЕРЕ

Входящий в абсорбер поток газа G_N+i состава Y_N+l в нижнем сечении встречается с потоком насыщенного абсорбента L_N, состав которого равен X_N. Очевидно, что составы этих потоков должны удовлетворять уравнению рабочей линии (точка В). При контактировании потоков газа и жидкости на нижней тарелке абсорбера образуются потоки газа и жидкости, кото­рые покидают нижнюю тарелку в состоянии равновесия. Составы этих по­токов определяются точкой / на равновесной кривой. Проведя из точки 1 горизонталь до пересечения в точке 2 с рабочей линией, получим состав жидкости, стекающей с вышележащей тарелки. Увеличение удельного расхода абсорбента 1 при­водит к росту угла наклона рабочей линии и уменьшению числа тарелок . При уменьшении расхода абсорбента и неизменном составе уходящего из абсорбера газа К, рабочая линия приближается к кривой равновесия фаз, поворачиваясь вокруг точки А. При некотором расходе абсорбента рабочая линия займет положение ADB₂ — касательной к линии равновесия в точке D. при бесконечно большом числе теоретичес­ких тарелок , расход абсорбента будет мини­мальным. При повышении давления в абсорбере кривая равновесия фаз стано­вится более пологой, что позволяет обеспечить заданное извлечение ком­понента при меньшем числе тарелок. С увеличением температуры равно­весная кривая становится более крутой и приближается к рабочей линии, что связано с необходимостью увеличивать число тарелок в аппарате.

5) ТЕПЛОВОЙ БАЛАНС АБСОРБЕРА И ДЕСОРБЕРА.

Поглощение компонентов газовой смеси при абсорбции сопровождается выделением тепла, величина которого пропорциональна массе и теплоте растворения q_A

Общее количество тепла, выделяющееся при абсорбции

Если выделенное при абсорбции тепло не отводить, то температура абсорбента на выходе из аппарата

где С — средняя теплоемкость абсорбента в интервале температур от (t₀ до t'_N ; L — средний расход абсорбента в абсорбере. Средняя температура в абсорбере

тепло, выделенное при абсорбции, окажется большим и приведет к недопустимому повышению температуры, что потребует увеличения расхода абсорбента или числа тарелок в абсорбере. Чтобы избежать этого, в од-ном-двух сечениях аппарата проводят промежуточный отвод тепла О, обеспечивая тем самым на выходе из абсорбера необходимую температуру t_N. При промежуточном отводе тепла (рис. VI-6) температура абсорбента на выходе из абсорбера будет равна

ДЕСОРБЕРА

повышение температуры благоприятствует протеканию процесса десорбции. Тепло подводят в низ десорбера в количестве О_в с потоком водяного пара G₀ и с потоком насыщенного абсорбента, нагреваемого в подогревателе 3 до температуры t_F Это тепло отводится потоками регенерированного абсорбента и десорбированных компонентов.

Тепловой баланс десорбера