Схеми на абсорбционните процеси
В практиката на абсорбцията се използват няколко концепции за процеса. Най-широко използваните схеми с директен поток (фиг. 4.7, а) и противоток (фиг. 4.7, б).
Б) Противоточно поглъщане
Ориз. 4.7. Основни схеми на абсорбционните процеси
При еднократна абсорбционна схема потоците газ и абсорбент протичат успоредно един на друг. В тази схема на взаимодействие на веществата в процеса на абсорбция, газ с по-висока концентрация на разпределеното вещество Yh влиза в контакт с течност с по-ниска концентрация Xn
Разпределено вещество и газ с по-ниска концентрация Yk взаимодейства на изхода на апарата с течност с висока концентрация Xk на разпределеното вещество.
Съгласно схемата на противотокова абсорбция, в единия край на апарата газ и течност влизат в контакт с големи концентрации на разпределеното вещество Yh и Xk, а в противоположния край - по-малки Yk и Xn.
Нека сравним разгледаните абсорбционни схеми, като имаме предвид следните показатели на процеса: специфичната консумация на абсорбента, движещата сила на процеса и коефициента на масопренос. Сравнението се извършва при гранично положение на работните линии, когато крайните концентрации на разпределения компонент в течността xk1 за прав ток и xk2 за противоток достигнат равновесни стойности.
Когато работната линия на процеса се пресича с линията на равновесие, крайната концентрация на извлечения компонент xk2 за противотоковия процес е по-голяма от крайната концентрация за паралелния процес. Следователно, протичащият процес води до по-висока крайна концентрация на абсорбционен газ в абсорбента и с това по-ниска консумация на абсорбент.
При противоток е възможно да се постигне по-пълно извличане на компонента от газовата смес, отколкото при противотоксхема.
Техниката на абсорбция също използва едностъпални рециркулационни схеми (фиг. 4.8) и многостепенни рециркулационни схеми, които осигуряват многократно връщане на течност или газ към апарата.
В схемата с рециркулация на течността (фиг. 4.8, а) газът преминава през апарата отдолу нагоре и концентрацията на разпределеното вещество в него се променя от Yh до Yk. Абсорбиращата течност се подава към горната част на апарата с концентрация на разпределеното вещество Xn, след което се смесва с течността, напускаща апарата, в резултат на което концентрацията се повишава до Xc. При абсорбционната схема с рециркулация на течността газът преминава през апарата отдолу нагоре, като концентрацията на разпределеното вещество в него се променя от Yh до Yk.
Работната линия е представена на диаграмата с прав сегмент; нейните крайни точки имат съответно координати Yh, Xk и Yk, Xc. Стойността Xc може да се намери от уравнението на материалния баланс:
G(Yh - YK) = L(Xk - Xn) = L • n(Xk - Xc), (4.55)
Xc \u003d [Xk (n -1) + Xn] / n, (4,56)
Където n е отношението на количеството абсорбираща течност на входа на апарата към количеството прясна абсорбираща течност.
А) Схема с рециркулация на флуида
Б) Схема с рециркулация на газ 4.8. Рециркулационни абсорбционни схеми
Материалните съотношения в абсорбционната схема с рециркулация на газ (фиг. 4.8 b) са подобни на предишните. Позицията на работната линия се определя от точките 4c(Y^ Xk) и B(Yk, Xn); Ординатата се намира от уравнението на материалния баланс:
GY - YK) = G ■ n(Yc - YK) = L(Xk - Xn), (4.57)
Yc \u003d [YK (n -1) + Yn] / n. (4,58)
Схемите за рециркулация могат да бъдат противоточни и едноточни.
Едностепенни схеми с абсорбент или рециркулация на газ спрямо схеми безрециклирането имат следната характеристика.
При схемата с рециркулация на абсорбера, при еднакъв дебит на свеж абсорбент, количеството течност, преминаваща през апарата, е по-голямо. Резултатът от това е увеличаване на коефициента на масопренос поради увеличаване на коефициента на масопренос в течната фаза и леко намаляване на движещата сила, което може да доведе до намаляване на размерите на апарата. Рециркулацията на течността винаги е за предпочитане, ако е необходимо, да придружава процеса на абсорбция с охлаждане, тъй като в този случай включването на хладилник в клона на рециркулиращия абсорбент прави възможно лесното отстраняване на топлината от взаимодействащите вещества.
Многостепенните рециркулационни схеми могат да включват постоянен ток, противоток, рециркулация на газ. Голямо практическо значение има многостъпалната противотокова верига с рециркулация на течността във всяка степен. Работните линии се прилагат към диаграмата отделно за всяка стъпка.
Многостепенните схеми за рециркулация газ-течност имат всички предимства на едностъпалните схеми и в същото време осигуряват повече движеща сила за процеса. Поради тази причина в повечето случаи се избира опцията за многостепенни рециркулационни схеми.