Абсорбція
абсорбцією
називають процес поглинання газу рідким поглиначем, у якому газ розчинний у
тому або іншому ступені. Зворотний процес - виділення розчиненого газу з
розчину - носить назву десорбції.
У абсорбційних
процесах (абсорбція, десорбції) беруть участь дві фази - рідка і газова і
відбувається перехід речовини з газової фази в рідку (при абсорбції) або,
навпаки, з рідкої фази в газову (при десорбції). Таким чином,
абсорбційні процеси є одним з видів процесів масопередачі.
На практиці
абсорбції піддають здебільшого не окремі гази, а газові суміші,
складові частини яких (один або декілька) можуть поглинатися даними
поглиначем в помітних кількостях. Ці складові частини називають
абсорбіруемимі частини та просто компонентами, а не поглинаються складові
частини - інертним газом.
Рідка фаза
складається з поглинача і абсорбіруемого компонента. У багатьох випадках
поглинач являє собою розчин активного компонента, що вступає в
хімічну реакцію з абсорбіруемим компонентом; при цьому речовина, в якому
розчинений активний компонент, будемо називати розчинником.
Інертний газ і
поглинач є носіями компонента відповідно в газової і рідкої
фазах. При фізичній абсорбції (див. нижче) інертний газ і поглинач НЕ
витрачаються і не беруть участь в процесах переходу компонента з однієї фази в
іншу. При Хемосорбція (див. нижче) поглинач може хімічно
взаємодіяти з компонентом.
Перебіг
абсорбційних процесів характеризується їх статикою і кінетикою.
Статика
абсорбції, тобто рівновага між рідкою і газовою фазами, визначає
стан, який встановлюється при досить тривалому зіткненні
фаз. Рівновага між фазами визначається термодинамічними властивостями
компонента і поглинача і залежить від складу однієї з фаз, температури і
тиску.
Кінетика
абсорбції, тобто швидкість процесу масообміну, визначається рушійною силою
процесу (тобто ступенем відхилення системи від рівноважного стану),
властивостями поглинача, компоненти і інертного газу, а також способом
дотику фаз (пристроєм абсорбційного апарату і гідродинамічним
режимом його роботи). У абсорбційних апаратах рушійна сила, як правило,
змінюється по їх довжині і залежить від характеру взаємного руху фаз
(протитечія, прямоток, перехресний струм і т. д.). При цьому можливо
здійснення безперервного або ступеневої контакту. У абсорбера з
безперервним контактом характер руху фаз не змінюється по довжині апарату і
зміна рушійної сили відбувається безперервно. Абсорбери із ступінчастим
контактом складаються з декількох ступенів, послідовно з'єднаних по газу і
рідини, причому при переході з щаблі в ступінь відбувається стрибкоподібне
зміна рухів сили.
Розрізняють
хімічну абсорбцію і Хемосорбція. При фізичній абсорбції розчинення газу
не супроводжується хімічною реакцією (або, принаймні, ця реакція не
робить помітного впливу на процес). У даному випадку над розчином
існує більш-менш значне рівноважний тиск компонента і
поглинання останнього відбувається лише до тих пір, поки його парціальний тиск
в газовій фазі вище рівноважного тиску над розчином. Повний витяг
компонента з газу при цьому можливе тільки при протитоку і подання до абсорбер
чистого поглинача, що не містить компоненту.
При Хемосорбція
(абсорбція, що супроводжується хімічною реакцією) абсорбіруемий компонент
зв'язується в рідкій фазі у вигляді хімічної сполуки. При незворотною
реакції рівноважний тиск компонента над розчином мізерно мало і можливо
повне його поглинання. При оборотної реакції над розчином існує помітне
тиск компонента, хоча і менше, ніж при фізичній абсорбції.
Промислове
проведення абсорбції може поєднуватися або не поєднуватися з десорбцією. Якщо
десорбції не виробляють, поглинач використовується одноразово. При цьому в
результаті абсорбції отримують готовий продукт, напівпродукт або, якщо абсорбція
проводиться з метою санітарної очистки газів, отбросний розчин, зливаємо
(після знешкодження) у каналізацію.
Поєднання
абсорбції з десорбцією дозволяє багаторазово використовувати поглинач і
виділяти абсорбіруемий компонент у чистому вигляді. Для цього розчин після
абсорбера направляють на десорбції, де відбувається виділення компонента, а
регенерований (звільнений від компонента) розчин знову повертають на
абсорбцію. За такої схеми (круговий процес) поглинач не витрачається, якщо
не вважати деяких його втрат, і весь час циркулює через систему абсорбер
- Десорбер - абсорбер.
У деяких
випадках (за наявності малоцінного поглинача) в процесі проведення десорбції
відмовляються від багаторазового застосування поглинача. При цьому регенерований
в десорбере поглинач скидають в каналізацію, а в абсорбер подають свіже
поглинач.
Умови,
сприятливі для десорбції, протилежні умов, що сприяють абсорбції.
Для здійснення десорбції над розчином має бути помітний тиск
компонента, щоб він міг виділятися в газову фазу. Поглиначі, абсорбція в
яких супроводжується незворотною хімічною реакцією, що не піддаються
регенерації шляхом десорбції. Регенерацію таких поглиначів можна виробляти
хімічним методом.
Області
застосування абсорбційних процесів в хімічній і суміжних галузях промисловості
досить великі. Деякі з цих областей вказані нижче:
Отримання
готового продукту шляхом поглинання газу рідиною. Прикладами можуть служити:
абсорбція SO3 у виробництві сірчаної кислоти; абсорбція HCl з
отриманням соляної кислоти; абсорбція оксидів азоту водою (виробництво азотної
кислоти) або лужними розчинами (одержання нітратів) і т.д. При цим
абсорбція проводиться без подальшої десорбції.
Поділ
газових сумішей для виділення одного або декількох цінних компонентів суміші. У
цьому випадку застосовується поглинач повинен володіти можливо більшою
поглинаючої здатністю по відношенню до витягуваної компоненту і можливо
меншою по відношенню до інших складових частин газової суміші (виборча,
або селективна, абсорбція). При цьому абсорбцію зазвичай поєднують з десорбцією в
круговому процесі. Як приклади можна привести абсорбцію бензолу з
коксового газу, абсорбцію ацетилену з газів крекінгу або піролізу природного
газу, абсорбцію бутадієну з контактного газу після розкладання етилового спирту
і т.п.
Очищення газу від
домішок шкідливих компонентів. Така очищення здійснюється перш за все з метою
видалення домішок, не допустимих при подальшій переробці газів (наприклад,
очищення нафтових і коксових газів від H2S, азотно-водневої суміші
для синтезу аміаку від CO2 і CO, осушення сірчистого газу в
виробництві контактної сірчаної кислоти і т.д.). Крім того, виробляють
санітарне очищення випускаються в атмосферу газів, що відходять (наприклад, очищення
топкових газів від SO2; очищення від Cl2 абгаза після
конденсації рідкого хлору; очищення від фтористих сполук газів, що виділяються
при виробництві мінеральних добрив тощо).
В
, що розглядається, що витягають компонент зазвичай використовують, тому його
виділяють шляхом десорбції або направляють розчин на відповідну переробку.
Іноді, якщо кількість витягується компонента дуже мало і поглинач НЕ
представляє цінності, розчин після абсорбції скидають у каналізацію.
Уловлювання
цінних компонентів з газової суміші для запобігання їх втрат, а так само по
санітарним міркувань, наприклад рекуперація летких розчинників (спирти,
кетони, ефіри й ін.)
Слід
відзначити, що для розділення газових сумішей, очищення газів і уловлювання цінних
компонентів поряд з абсорбцією застосовують і інші способи: адсорбцію, глибоке
охолодження й ін Вибір того чи іншого способу визначається
техніко-економічними міркуваннями. Зазвичай абсорбція переважно в тих
випадках, коли не потрібно дуже повного вилучення компонента.
При
абсорбційних процесах массообмен відбувається на поверхні зіткнення
фаз. Тому абсорбційні апарати повинні мати розвинену поверхню
дотику між газом і рідиною. Виходячи із засобу створення цієї
поверхні абсорбційні апарати можна підрозділити успадковує групи:
а)
Поверхневі абсорбери, в яких поверхнею контакту між фазами є
дзеркало рідини (власне поверхневі абсорбери) або поверхня поточної
плівки рідини (плівкові абсорбери). До цієї ж групи належать насадок
абсорбери, в яких рідина стікає по поверхні завантаженої в абсорбер
насадки з тіл різної форми (кільця, кусковий матеріал і т. д.), і
механічні плівкові абсорбери. Для поверхневих абсорберів поверхню
контакту певною мірою визначається геометричною поверхнею елементів
абсорбера (наприклад, насадки), хоча в багатьох випадках і не дорівнює їй.
б) Барботажние
абсорбери, в яких поверхня контакту розвивається потоками газу,
розподіляється в рідини у вигляді бульбашок і цівок. Такий рух газу
(барботаж) здійснюється шляхом пропускання його через заповнений рідиною
апарат (суцільний барботаж) або в апаратах колонного типу з різного типу
тарілками. Подібний характер взаємодії газу і рідини спостерігається також у
насадок абсорбера з затопленої насадкою.
До цієї ж групи
входять барботажние абсорбери з перемішуванням рідини механічними мішалками.
У барботажних абсорбера поверхню контакту визначається гідродинамічним
режимом (витратами газу та рідини).
в) Розпилююча
абсорбери, в яких поверхня контакту утворюється шляхом розпилення рідини
в масі газу на дрібні краплі. Поверхня контакту визначається
гідродинамічним режимом (витратами рідини). До цієї групи відносяться
абсорбери, в яких розпилення рідини проводиться форсунками (форсункові,
або порожні, абсорбери), в струмі що рухається з великою швидкістю газу (швидкісні
прямоточні розпилюють абсорбери) або обертаються механічними
пристроями (механічні розпилюють абсорбери).
Наведена
класифікація абсорбційних апаратів є умовною, оскільки відображає не
стільки конструкцію апарату, скільки характер поверхні контакту. Один і той
же тип апарата в залежності від умов роботи може виявитися при цьому в
різних групах. Наприклад, насадок абсорбери можуть працювати як в плівковому,
так і в барботажном режимах. В апаратах з барботажнимі тарілками можливі
режими, коли відбувається значне розпилювання рідини і поверхня
контакту утворюється в основному краплями.
З різних
типів апаратів в даний час найбільш поширені насадок і
барботажние тарілчасті абсорбери. При виборі типу абсорбера потрібно в кожному
конкретному випадку виходити з фізико-хімічних умов проведення процесу з
урахуванням техніко-економічних факторів.
Основні
розміри абсорбера (наприклад, діаметр і висота) визначають шляхом розрахунку, виходячи
із заданих умов роботи (продуктивність, необхідний ступінь вилучення
компонента і т.д.). Для розрахунку необхідні відомості по статиці і кінетики процесу.
Дані по статиці знаходять з довідкових таблиць, розраховують за допомогою
термодинамічних параметрів або визначають дослідним шляхом. Дані щодо кінетики в
значною мірою залежать від типу апарата і режиму його роботи. Найбільш
надійні результати експериментів, проведених за тих же умов. У ряді
випадків подібні дані відсутні і доводиться вдаватися до розрахунку або
дослідам.
В даний
час ще немає цілком надійного методу, який дозволяє визначати коефіцієнт
массопередачі шляхом розрахунку або на основі лабораторних або модельних дослідів.
Однак для деяких типів апаратів можна знайти коефіцієнти массопередачі з
досить великою точністю за допомогою розрахунку або порівняно простих
дослідів.
Список
літератури
Для підготовки
даної роботи були використані матеріали з сайту http://62.76.177.129/win-1251/lab/ochist/index.html
