Читайте также:
|
Вещества, находящиеся в газообразном состоянии, разделяются в основном с помощью процессов абсорбции.
Абсорбцией называется процесс поглощения газа или пара жидким поглотителем (абсорбентом).
Процесс, в котором газ или пар вступает в химическое взаимодействие с жидкостью, называется хемсорбцией.
Абсорбция - процесс избирательный. Избирательность процесса абсорбции позволяет извлекать из газовой смеси определенное вещество с использованием соответствующего поглотителя.
Процессы абсорбции широко применяются в различных отраслях химической и нефтеперерабатывающей промышленности для поглощения аммиака, окислов азота, серного ангидрида, углеводородных газов, а также для санитарной очистки отходящих газов, выбрасываемых в атмосферу.
Абсорбция, как правило, сопровождается выделением тепла. Повышение температуры ухудшает проведение процесса, поэтому абсорбционные установки во многих случаях снабжают холодильными элементами.
Процесс удаления поглощенных газов из жидкости называют десорбцией. Десорбция производится в токе инертного газа путем выпаривания раствора или под вакуумом.
Десорбция применяется для извлечения из поглотителя растворенных в нем газов и паров, когда они являются целевыми продуктами производства.
Абсорберами называют аппараты, в которых протекает процесс абсорбции. По способу создания поверхности контакта жидкости с паром абсорберы делят на аппараты поверхностного типа, насадочные, барботажные (тарельчатые) и механические.
Если газ хорошо поглощается жидкостью, то нет необходимости создавать большую поверхность контакта фаз. В этом случае для хорошей абсорбции газа достаточно пропускать его над поверхностью жидкости (например, процесс поглощения хлористого водорода).
Наиболее широко для абсорбции применяют насадочные колонны, сравнительно простые по конструкции (рис. 5.1). Это полые цилиндрические аппараты, в которые загружают насадочные тела различной формы, обеспечивающие развитую поверхность контакта между жидкостью и газом. Газ подводят снизу под слой насадки, а жидкость подается на насадку, при этом обеспечивается противоток между жидкостью и газом.
В качестве элементов насыпных насадок применяют кольца Рашига, кольца Палля и седловидные насадки, изготавливаемые из керамики, фарфора или тонколистового металла (рис. 5.2).
К насадке предъявляют следующие основные требования: она должна быть дешевой, простой в изготовлении, иметь большую удельную поверхность на 1 м3 объема и оказывать малое гидравлическое сопротивление движению газов.
|
|
|
|
Кольца Рашига просты в изготовлении, поэтому они получили наибольшее распространение. Кольца выпускают диаметром от 10 до 150 мм, однако в промышленных колоннах в основном применяют кольца диаметром 25 и 50 мм.
|
|
|
|
В последнее время освоены плоскопараллельные (рис. 5.3) и сотовые насадки, состоящие из вертикально установленных пластин или сотовых элементов, обеспечивающих хороший контакт между жидкостью и газом и в то же время имеющие малое гидравлическое сопротивление.
|
Насадку укладывают на опорную решетку (колосник). Решетку изготовляют из нескольких секций (рис. 5.4), укладываемых на опорные балки. Размер в свету между колосниками решетки должен быть не более 0,6 -0,7 наименьшего размера насадочного элемента.
Хорошей опорной конструкцией для колонн малого диаметра служит также решетки из просечно-вытяжного листа.
Насадочные колонны хорошо работают при обильном и равномерном орошении, поэтому оросительные устройства являются одним из важных узлов колонны.
|
К оросителям предъявляются следующие основные требования: они не должны увеличивать унос жидкости с газом; высота оросительного устройства и расстояние от оросителя до насадки должны быть минимальными; они должны устойчиво работать при колебании расхода жидкости;
быть простыми по устройству и удобными в эксплуатации; не должны забиваться при работе с загрязненными жидкостями.
Оросители подразделяют на самотечные и разбрызгивающие. Из самотечных оросителей жидкость вытекает отдельными струйками через отверстия или прорези. К самотечным оросителям относится распределительная плита, представляющая собой тарелку с патрубками (рис. 5.5), через которые жидкость отдельными струйками стекает на насадку. Уровень тарелки регулируется установочными винтами. Диаметр тарелки равен 0,6 - 0,7 диаметра аппарата. Орошающая жидкость подводится через патрубок к центру тарелки. Распределительные плиты просты по устройству и надежны в работе, однако при большом диаметре колонны они становятся громоздкими и поэтому не применяются для аппаратов диаметром более 3 м.
В аппаратах большого диаметра применяют оросительные желоба (рис. 5.6), состоящие из ряда параллельных желобов 1 и главного распределительного желоба 2, расположенного под ними. Желоба громоздки и требуют тщательной регулировки горизонтальности, которая производится с помощью установочных винтов.
К разбрызгивающим оросителям относится тангенциальная форсунка (рис. 5.7). Жидкость, подлежащая разбрызгиванию, подводится в круглую внутреннюю камеру форсунки тангенциально, закручивается там и выходит с большой скоростью через центральное отверстие. Закрученная струя по выходе из форсунки дробится на капли. Тангенциальная форсунка обеспечивает интенсивное и сравнительно равномерное орошение в радиусе 2 - 2,5 м. В аппаратах большого диаметра устанавливают несколько форсунок.
Ограниченное применение для целей абсорбции находят тарельчатые колонны. Их применяют в основном в тех случаях, когда количество орошающей жидкости очень мало. В аппаратах используют стандартные колпачковые, ситчатые, клапанные, струйные и провальные тарелки. На тарелке поддерживается слой жидкости, через который барботирует восходящий поток газа, распределяясь в жидкости пузырьками и струйками. Газ последовательно проходит через слои жидкости на тарелках, расположенных в колонне на определенном расстоянии. Жидкость непрерывно перетекает с верхних на расположенные ниже тарелки. В межтарельчатом пространстве газ отделяется от унесенных капель и брызг. Контакт между поднимающимся газом и стекающей жидкостью осуществляется непрерывно.
В механических абсорберах межфазная поверхность контакта образуется путем разбрызгивания жидкости в газообразной среде с помощью вращающихся устройств различных типов.
|
Рис.5.6. Оросительные жалоба
Рис.5.7. Тангенциальная форсунка
Механические абсорберы по своей эффективности превосходят абсорберы других типов. Это объясняется тем, что, во-первых, при разбрызгивании жидкости на мелкие капли образуется большая развернутая поверхность контакта фаз, а во-вторых, абсорбция газов летящими каплями жидкости в несколько раз больше, чем при тех же условиях стекающей пленкой. Благодаря этому механические абсорберы весьма компактны (рис. 5.8). Общий недостаток механических абсорберов - сложность конструкции и значительный брызгоунос.
Рис.5.8. Механический абсорбер
Адсорберы
Адсорберы - это аппараты, в которых происходит разделение газовых, паровых или жидких смесей путем избирательного поглощения одного или нескольких компонентов исходной смеси поверхностью пористого твердого тела - адсорбента.
Наиболее часто адсорберы используют для разделения газовых или паровых смесей, очистки и осушки газа, улавливания из парогазовых смесей ценных органических веществ.
Процесс адсорбции является избирательным и обратимым. Это означает, что каждый адсорбент способен поглощать лишь определенные вещества и не поглощать другие вещества, содержащиеся в газовой смеси. Поглощенное вещество может быть выделено из адсорбента путем десорбции - процесса, обратного адсорбции.
В качестве адсорбентов используются твердые вещества в виде зерен размером 2 - 8 мм или пыли с размером частиц 50 - 200 мкм, обладающих большой пористостью (например, 1 г. активированного угля имеет поверхность пор от 200 до 1000 м2, поверхность пор 1 г. силикагеля составляет до 500 м2).
Адсорберы подразделяют не следующие типы:
1) с неподвижным зернистым адсорбентом; 2) с движущимся зернистым адсорбентом; 3) c псевдоожиженным (“кипящим”) слоем пылевидного адсорбента.
Адсорберы с неподвижным слоем зернистого адсорбента представляют собой полые вертикальные или горизонтальные аппараты (рис. 5.9), в которых размещен адсорбент. Паровоздушная или газовая смесь, подлежащая разделению, подается внутрь корпуса 1 адсорбера через специальный штуцер. Внутри адсорбера смесь проходит через слой зернистого адсорбента, уложенного на решетке 2. Зерна адсорбента поглощают из смеси определенный компонент. После этого газовая смесь удаляется из адсорбера через выхлопной патрубок.
Рис.5.9. Адсорберы с неподвижным слоем зернистого адсорбента:
а- вертикальный; б- горизонтальный; 1- корпус; 2- решетка; 3,5- штуцера
Адсорбент может поглощать извлекаемый компонент до некоторого предела насыщения, после которого проводят процесс десорбции. С этой целью прекращают подачу паровоздушной смеси в адсорбер, а затем в аппарат подают перегретый водяной пар (или другой вытесняющий агент), который движется в направлении, обратном движению паровоздушной смеси. Паровая смесь (смесь паров воды и извлекаемого компонента) удаляется из адсорбера и поступает на разделение в ректификационную колонну или отстойник.
После десорбции, длящейся приблизительно одинаковое с процессом адсорбции время, через слой адсорбента пропускают горячий воздух, которым адсорбент подсушивается. Воздух входит в аппарат через паровой штуцер, а удаляется через штуцер для паровой смеси. Высушенный адсорбент затем охлаждается холодным воздухом до необходимой температуры.
Современный адсорбер оснащен системой приборов, которые в нужное время автоматически переключают потоки с адсорбции на десорбцию, затем на сушку и охлаждение. Чтобы установка непрерывно разделяла газовую смесь, ее комплектуют из двух или более адсорберов, которые включаются на поглощение и другие операции поочередно.
Адсорберы с движущимся слоем зернистого адсорбента представляют собой вертикальные цилиндрические колонны. Внутри этих колонн сверху вниз самотеком движется зернистый адсорбент. Типичная схема адсорбционной установки с подобным адсорбентом дана на рис. 5.10. Установка состоит из вертикальной колонны, разделенной перегородками на несколько зон, транспортных трубопроводов и теплообменников. Исходная газовая смесь подается под распределительную решетку 3, пройдя которую, она поднимается в опускающемся слое зернистого материала в зоне I. Здесь адсорбируются тяжелые компоненты газовой смеси, а легкая фракция удаляется из верхней части зоны I. Адсорбент, поглотивший тяжелую фракцию, опускается, проходит промежуточную зону II и десорбционную зону III. В десорбционной зоне III зерна адсорбента движутся по трубам теплообменника 4. В межтрубное пространство теплообменника подается конденсирующийся пар, который частично нагревает адсорбент. В нижнюю часть трубок теплообменника подается острый перегретый пар, который отдувает из адсорбента поглощенные тяжелые компоненты газовой смеси.
Наиболее тяжелая фракция удаляется вместе с паром из верхней части зоны III; часть же десорбированных, более легких компонентов в виде парогазовой смеси проходит в промежуточную зону II. Здесь парогазовая смесь вытесняет из адсорбента компоненты более легкие, чем десорбирующиеся в зоне III. Парогазовая смесь, называемая промежуточной фракцией, удаляется из средней части промежуточной зоны.
Регенерированный адсорбент, пройдя разгрузочное устройство 5 и гидравлический затвор 6, поступает к регулирующему клапану 7. Клапан перепускает зернистый адсорбент в необходимом количестве в сборник 8. Здесь зерна адсорбента подхватываются транспортирующим газом (например, газами легкой фракции) и по трубе 10 забрасываются в бункер 1. Из бункера адсорбент ссыпается в трубки водяного холодильника 2. Опускаясь по трубам холодильника, адсорбент охлаждается и поступает снова на адсорбцию в зону I. Для полного восстановления активности адсорбента некоторая часть его непрерывно ссыпается в теплообменник-реактиватор 11 и подвергается в его трубах высокому нагреву топочными газами, подаваемыми в межтрубное пространство теплообменника. Для отдувки из адсорбента поглощенных продуктов в трубы теплообменника снизу подается острый перегретый пар.
Адсорберы с псевдоожиженным слоем пылевидного адсорбента делят на одноступенчатые и многоступенчатые.
|
Одноступенчатый адсорбер этого типа (рис. 5.11) имеет полый цилиндрический сосуд 1, в нижней части которого закреплена газораспределительная решетка 2. Псевдоожижающий газ, он же и исходная смесь, подается под решетку. Пройдя отверстия решетки, газ входит в псевдоожиженный слой пылевидного адсорбента 3, где протекает процесс адсорбции. Газ по выходе из слоя очищается от пыли в циклоне и удаляется из аппарата. Адсорбент непрерывно вводится сверху в псевдоожиженный слой и удаляется через трубу. Регенерация адсорбента производится в другом аппарате, аналогичном по конструкции первому.
|
|
|
|
|
Многоступенчатый адсорбер представляет собой вертикальную колонну с колосниковыми или ситчатыми тарелками. Над каждой тарелкой создается небольшой псевдоожиженный слой адсорбента. Зерна адсорбента перетекают вниз с тарелки на тарелку по переточным трубам. Газовая смесь подается в колонну снизу. В колонне эта смесь, пройдя через отверстия в тарелках, движется противотоком к адсорбенту. Отработавший адсорбент выгружается внизу колонны через специальный затвор. Десорбция поглощенных продуктов из адсорбента производится в такой же колонне. Переброска адсорбента с колонны на колонну производится пневмотранспортом.
Дата добавления: 2015-11-26; просмотров: 159 | Нарушение авторских прав