ПРОЦЕССЫ ИНЖЕНЕРНОЙ ЗАЩИТЫ ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ

Схемы абсорбционных процессов

В практике абсорбции используются несколько принципиальных схем проведения процесса. Наиболее широко применяются прямоточная (рис. 4.7,а) и противоточная (рис. 4.7,б) схемы.

Xк

Б) Противоточная абсорбция

Рис. 4.7. Основные схемы абсорбционных процессов

В прямоточной схеме абсорбции потоки газа и абсорбента движутся параллельно друг другу. В этой схеме взаимодействия веществ в процессе абсорбции газ с большей концентрацией распределяемого вещества Yh приводится в контакт с жидкостью, имеющей меньшую концентрацию Хн

Распределяемого вещества, а газ с меньшей концентрацией Yk взаимодей­ствует на выходе из аппарата с жидкостью, имеющий большую концен­трацию Хк распределяемого вещества.

По противоточной схеме абсорбции в одном конце аппарата приво­дятся в контакт газ и жидкость, имеющие большие концентрации распре­деляемого вещества Yh и Хк, а в противоположном конце - меньшие Yk и Хн.

Сопоставим рассмотренные схемы абсорбции, имея ввиду следую­щие показатели процесса: удельный расход абсорбента, движущую силу процесса и коэффициент массопередачи. Сопоставление проводится при предельном положении рабочих линий, когда конечные концентрации рас­пределяемого компонента в жидкости xk1 для прямого тока и xk2 для проти­вотока достигают равновесных значений.

При пересечении рабочей линии процесса с равновесной линией ко­нечная концентрация извлекаемого компонента xk2 для противоточного процесса больше конечной концентрации для прямоточного процесса. Следовательно, противоточный процесс обеспечивает большую конечную концентрацию поглощаемого газа в абсорбенте и вместе с этим меньший расход абсорбента.

При противотоке можно достичь более полного извлечения компо­нента из газовой смеси, чем при прямоточной схеме.

В технике абсорбции используют также одноступенчатые схемы с рециркуляцией (рис. 4.8) и многоступенчатые с рециркуляцией, которые предусматривают многократный возврат в аппарат либо жидкости, либо газа.

В схеме с рециркуляцией жидкости (рис. 4.8,а) газ проходит через аппарат снизу вверх, и концентрация распределяемого вещества в нем из­меняется от Yh до Yk. Поглощающая жидкость подводится к верхней части аппарата при концентрации распределяемого вещества Хн, затем смешива­ется с выходящей из аппарата жидкостью, в результате чего концентрация повышается до Хс. В схеме абсорбции с рециркуляцией жидкости газа про­ходит аппарат снизу вверх, и концентрация распределяемого вещества в нем изменяется от Yh до Yk.

Рабочая линия представляется на диаграмме отрезком прямой; край­ние точки его имеют координаты Yh, Хк и Yk, Xc соответственно. Значение Хс можно найти из уравнения материального баланса:

G(Yh - YK) = L(Хк - Хн) = L • n(Хк - Хс), (4.55)

Хс = [Хк (n -1) + Хн ]/n, (4.56)

Где n - отношение количества поглощающей жидкости на входе в аппарат к количеству свежей поглощающей жидкости.

Б) Схема с рециркуляцией газа Рис. 4.8. Рециркуляционные схемы абсорбции

Материальные соотношения в схеме абсорбции с рециркуляцией газа (рис. 4.8 б) аналогичны предыдущим. Положение рабочей линии опреде­ляют точки 4c(Y^ Хк) и B(Yk, Хн); ордината находится из уравнения мате­риального баланса:

GY - YK) = G ■ n(Yc - YK) = L(Хк - Хн), (4.57)

Yc =[YK (n -1) + Yн ]/n. (4.58)

Схемы с рециркуляцией могут быть противоточными и прямоточ­ными.

Одноступенчатые схемы с рециркуляцией абсорбента или газа по сравнению со схемами без рециркуляции имеют следующую особенность.

В схеме с рециркуляцией поглотителя при одном и том же расходе свежего абсорбента количество жидкости, проходящей через аппарат, больше. Результатом этого является повышение коэффициента массопере- дачи за счет увеличения коэффициента массоотдачи в жидкой фазе и неко­торое уменьшение движущей силы, что может привести к уменьшению га­баритов аппарата. Рециркуляция жидкости всегда предпочтительнее при необходимости сопровождать процесс абсорбции охлаждением, так как в этом случае включение холодильника в ветвь рециркулирующего абсор­бента позволяют легко отводить тепло от взаимодействующих веществ.

Многоступенчатые схемы с рециркуляцией могут включать прямой ток, противоток, рециркуляцию газа. Большое практическое значение име­ет многоступенчатая противоточная схема с рециркуляцией жидкости в каждой ступени. Рабочие линии наносят на диаграмму отдельно для каж­дой ступени.

Многоступенчатые схемы с рециркуляцией газа и жидкости облада­ют всеми преимуществами одноступенчатых схем и вместе с тем обеспе­чивает большую движущую силу процесса. По указанной причине в боль­шинстве случаев выбирают вариант многоступенчатых рециркуляционных схем.