Принципиальные схемы абсорбции.

В химической технике используют следующие принципиальные схемы абсорбционных процессов: прямоточные, противоточные, одноступенчатые с рециркуляцией и многоступенчатые с рециркуляцией.

Прямоточная схема.

В этом случае потоки газа и абсорбента движутся параллельно друг другу; при этом газ с большей концентрацией распределяемого вещества приводится в контакт с жидкостью, имеющей меньшую концентрацию распределяемого вещества, а газ с меньшей концентрацией взаимодействует на выходе из аппарата с жидкостью, имеющей большую концентрацию распределяемого вещества.

Противоточная схема.

По этой схеме в одном конце аппарата приводятся в контакт газ и жидкость, имеющие большие концентрации распределённого вещества, а в противоположном конце – меньшие.

Схемы с рециркуляцией.

Предусматривают многократный возврат в аппаратуру либо жидкости, либо газа. Газ проходит через аппарат снизу вверх, и концентрация распределяемого вещества в нём изменяется от до . Поглощаемая жидкость подводится к верхней части аппарата при концентрации распределяемого вещества , затем смешивается с выходящей из аппарата жидкостью, в результате чего концентрация повышается до . Рабочая линия представляется на диаграмме отрезком прямой; крайние точки его имеют координаты , и , соответственно. Величину легко найти из уравнения материального баланса.

Обозначим отношение количества поглощающей жидкости на входе в аппарат к количеству свежей поглощающей жидкости через ; тогда:

и

(12.16)

Абсорбция с рециркуляцией газа.

Здесь материальные соотношения аналогичны предыдущим. Положение рабочей линии определяют точки и ; ордината находится из уравнения материального баланса:

(12.17)

одноступенчатые схемы с рециркуляцией могут быть как противоточными, так и прямоточными.

Многоступенчатые схемы с рециркуляцией могут включать прямой ток, противоток, рециркуляцию жидкости и рециркуляцию газа.

Противоточный процесс обеспечивает большую конечную концентрацию поглощаемого газа в абсорбенте, а вместе с этим и меньший расход абсорбента; движущая сила при противотоке меньше, поэтому при прочих равных условиях необходимы большие размеры аппарата. Указанное соотношение носит общий характер и его можно формулировать так: изменение рабочих концентраций, приводящее к уменьшению расхода абсорбента, требует увеличения габаритов аппарата, и наоборот.

Одноступенчатые схемы с рециркуляцией абсорбента или газа по сравнению со схемами без рециркуляции имеют следующую особенность. При одном и том же расходе свежего абсорбента количество жидкости, проходящей через аппарат, значительно больше; результатом этого являются повышение коэффициента массопередачи и некоторое уменьшение движущей силы. При определённом соотношении между диффузионными сопротивлениями в жидкой и газовой фазах это может привести к уменьшению габаритов аппарата.

Очевидно, что рециркуляция жидкости целесообразна в том случае, если основное сопротивление массопередаче составляет переход вещества от поверхности раздела фаз в жидкость, а рециркуляция газа – когда основным сопротивлением процесса является переход вещества из газовой фазы к поверхности раздела фаз. Рециркуляция жидкости всегда предпочтительна при необходимости сопровождать процесс абсорбции охлаждением, так как в этом случае включение холодильника в ветвь рециркулирующего абсорбента позволяет весьма легко отводить тепло от взаимодействующих веществ.

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

РЕКТИФИКАЦИЯ

Ректификация – разделение жидких однородных смесей на составляющие вещества или группы составляющих веществ в результате противоточного взаимодействия паровой смеси и жидкой смеси.

Этот процесс имеет большое значение в химической технике. В качестве примеров достаточно указать на разделение природных углеводородов нефти и синтетических углеводородов с целью получения моторного топлива, на выделение индивидуальных газов из их смесей путём предварительного ожижения и последующей ректификации жидкой смеси.

Возможность разделения жидкой смеси на составляющие её компоненты ректификацией обусловлена тем, что состав пара, образующегося над жидкой смесью, отличается от состава жидкой смеси в условиях равновесного состояния пара и жидкости. Известные равновесные данные для конкретной смеси позволяют проанализировать возможность разделения этой смеси, найти предельные концентрации разделения и рассчитать движущую силу процесса.