абсорбция абсорбционный аппарат бензол
Закон Генри распространяется в первую очередь на слаборастворимые газы, а также на растворы с низкими концентрациями хорошо растворимых газов при отсутствии химической реакции.
Анализ факторов, влияющих на равновесие в системах газ (пар) — жидкость, позволил установить, что к параметрам, улучшающим условия абсорбции, относятся повышенное давление и пониженная температура, а к факторам, способствующим десорбции, — пониженное давление, повышенная температура и введение в абсорбент добавок, уменьшающих растворимость газов в жидкостях.
Материальный баланс абсорбции
Материальный баланс процесса абсорбции выражается дифференциальным уравнением (3):
( (3)
или интегральным уравнением (4):
( (4)
гдеG — поток газовой смеси (инертного газа), кмоль/с; Y Н и YК — начальное и конечное содержание распределяемого вещества в газовой фазе, кмоль/кмоль инертного газа; XК и XН — начальное и конечное содержание распределяемого вещества, перенесенного из фазы G в фазу L в единицу времени, кмоль/с.
Из уравнения материального баланса можно определить необходимый общий расход абсорбента (5)
( (5)
или его удельный расход (6)
( (6)
Процесс абсорбции характеризуется также степенью извлечение (поглощения), представляющей отношение количества фактически поглощенного компонента к количеству, поглощаемому при полном его извлечении (7):
( (7)
Кинетика процесса абсорбции характеризуется тремя основными стадиями:
- первая стадия — перенос молекул абсорбируемого компонента из ядра потока газа (пара) к поверхности раздела фаз (поверхности жидкости);
- вторая стадия — диффундирование молекул абсорбируемого компонента через поверхностный слой жидкости (граница раздела фаз).
третья стадия — переход молекул абсорбируемого вещества от поверхности раздела фаз в основную массу жидкости.
Принципиальные схемы абсорбции
В технологических процессах наиболее широко используются непрерывные процессы абсорбции.
При прямоточной схеме взаимодействия газа (пара) и жидкости их потоки движутся параллельно друг другу (рисунок 1).
Сопоставление условий проведения прямоточного и противоточного процессов абсорбции показывает, что противоточный процесс позволяет обеспечить более высокую конечную концентрацию поглощаемого вещества в абсорбенте и меньший расход абсорбента, но средняя движущая сила процесса при этом меньше, а, следовательно, противоточные аппараты требуют большую поверхность контакта фаз, что часто связано с увеличением общих размеров самих аппаратов.
Адсорбционная очистка газов
... поглощения органических веществ в процессах очистки и разделения жидкостей и газов (паров). Эти адсорбенты получают сухой перегонкой ряда углеродсодержащих веществ (древесины, ... адсорбентов возможны сравнительно большие скорости адсорбции веществ при малых концентрациях в исходных смесях и даже практически полное их поглощение, что трудно осуществимо другими технологическими методами (абсорбцией ...
G и L — взаимодействующие фазы; X Н ,,YН ,,XК и YК -концентрации распределяемого вещества в начале и конце процесса.
Рисунок 1 — Схема прямоточной абсорбции.
При противоточной схеме взаимодействия газа (пара) и жидкости их потоки движутся в противоположных направлениях (рисунок 2).
Схемы с рециркуляцией предусматривают частичный возврат в массообменный аппарат либо жидкости, либо газа. При этом рециркуляцию жидкости (рисунок 3) осуществляют в том случае, если лимитирующей стадией процесса является переход вещества от поверхности раздела фаз в жидкость, а рециркуляцию газа (рисунок 4) — когда лимитирующей стадией является переход вещества из газовой фазы к поверхности раздела фаз.
Рисунок 2 — Схема противоточной абсорбции.
G и L — взаимодействующие фазы; X Н иYН , XК иYК -концентрации распределяемого вещества в начале и конце процесса; XСМ — концентрация смеси.
Рисунок 3 — Схема противоточной абсорбции с рециркуляцией жидкости.
При противоточной схеме абсорбции с рециркуляцией жидкости (рисунок 3) газ проходит через аппарат снизу вверх, и концентрация распределяемого вещества в нем изменяется от Y Н до YК . Жидкость подводится к верхней части аппарата при концентрации распределяемого вещества XН , затем смешивается с выходящей из аппарата жидкостью, в результате чего концентрация повышается до XСМ . Рабочая линия представляется на диаграмме отрезком прямой, крайние точки его имеют координаты YН, XК и YК, XСМ соответственно. Величину XСМ легко найти из уравнения материального баланса.
При противоточной схеме абсорбции с рециркуляцией газа (пара) (рисунок 4) поглощающая жидкость подводится к верхней части аппарата с концентрацией X Н , взаимодействует с восходящим газовым потомком и отводится из него с концентрацией XК . Начальная концентрация поглощаемого компонента в газе — YН, конечная — YК . После возвращения части выходящего газа и смешения его с исходным концентрация газовой смеси, направляемой в абсорбер, уменьшается и становится Yсм . Положение рабочей линии определяют точки Yсм ,XК ,YК иYН .
Рисунок 4 — Схема противоточной абсорбции с рециркуляцией газа (пара).
Важной особенностью схем с рециркуляцией жидкости и газа является увеличение скорости движения рециркулирующей фазы через аппарат путем увеличения ее общего расхода, что приводит к увеличению коэффициента массопередачи по этой фазе при некотором уменьшении движущей силы процесса.
При рециркуляции жидкости в ветви рециркулирующего абсорбента может быть установлен холодильник (рисунок 3) для отвода выделяющейся в процессе теплоты, что позволяет интенсифицировать процесс абсорбции путем увеличения растворимости газа.
Десорбция — процесс выделения поглощенного газа из абсорбента, который производят с целью регенерации поглотителя для его повторного использования либо получения ранее уловленного компонента в чистом виде.
Десорбция может осуществляться:
- отгонкой в токе инертного газа и водяного пара, который приводят в соприкосновение с раствором после проведения процесса абсорбции. В качестве инертного газа может использоваться воздух, в который выделяется поглощенный компонент. Поскольку последующее разделение инертного газа и компонента затруднительно, данный метод применяют в тех случаях, когда извлеченный из абсорбера компонент в дальнейшем не используется. Водяной пар как десорбирующий агент применяют для извлечения нерастворимых в воде газов. При этом смесь десорбированного газа и водяного пара из десорбера направляют в конденсатор, в котором происходит отделение газа от водяного пара путем конденсации последнего. Если же температура кипения десорбированного компонента высока, то его конденсируют совместно с водяным паром и затем отделяют от воды отстаиванием;
- нагреванием абсорбента, которое приводит к смещению равновесия в сторону десорбции и испарению десорбируемого компонента. Поскольку вместе с извлекаемым компонентом частично испаряется сам абсорбент, в дальнейшем требуется дополнительное разделение образующейся смеси;
- снижением давления над абсорбентом до атмосферного, если абсорбция проводилась при избыточном давлении, и вакуумированием с отсасыванием выделившегося компонента, если абсорбция проводилась при атмосферном давлении.
В ряде случаев для более полной регенерации абсорбента нагревание и снижение давления объединяют вместе, а также применяют процесс ректификации. [3]
(11)
кг БУ/кгГ (20)
кг БУ/кгГ (21)
(28)
(36)
(39)
(41)
(42)
|
Вещество |
Предельно допустимые концентрации, мг/м 3 |
|||
|
рабочей зоны |
максимальная разовая |
средняя суточная |
||
|
Бензол |
5,0 |
1,50 |
0,80 |
|
|
Толуол |
50,0 |
0,6 |
0,6 |
|
|
Ксилол |
50,0 |
0, 20 |
0, 20 |
|
Также бензольные углеводороды обладают высокой взрывоопасностью. Для бензола температура вспышки — 11°С, температура самовоспламенения 534°С, концентрационный предел воспламенения 1,5-8%, вер предел взрываемости [11].
