Абсорбція 2
МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ РЕСПУБЛІКИ КАЗАХСТАН
Західно-Казахстанський аграрно-технічний університет імені Жангір хана
Кафедра «Хімії та хімічної технології»
З дисципліни «Основні процеси та апарати хіміко-технологічного виробництва»
Виконав: студент гурту ХТНВ-32
Перевірив: Абдрахманова А.Г.
Області застосування абсорбційних процесів………………………..4
Фізична сутність абсорбції…………………………………………7
Математична модель абсорбції………………………………………8
Рівновага при абсорбції…………………………………………8
Матеріальний баланс процесу абсорбції…………………….12
Абсо́рбція (від латинськогоabsorptioвідabsorbere— поглинати) — це явище поглинання сорбату всім обсягом сорбенту. Абсорбція - окремий випадок сорбції.
Абсорбція, зазвичай, означає поглинання газів обсягом рідини чи рідше твердого тіла. Поглинання твердим абсорбентом, наприклад водню паладієм, називають оклюзією. Для процесу поглинання молекул газу чи рідини поверхнею твердого тіла українською мовою використовується термін адсорбція.
Насправді абсорбції піддають не окремі гази, а газові суміші, складові яких поглинаються рідиною. Ці складові частини суміші називають компонентами, що абсорбуються (абсорбат), а непоглинаються частини - інертним газом.
Абсорбцією називають процес поглинання газу рідким поглиначем, в якому газ розчинний тією чи іншою мірою. Зворотний процес - виділення розчиненого газу з розчину - зветься десорбції.
В абсорбційних процесах (абсорбція, десорбція) беруть участь дві фази - рідка та газова, і відбувається перехід речовини з газової фази в рідку (при абсорбції) або, навпаки, з рідкої фазигазову (при десорбції). Таким чином, абсорбційні процеси є одним із видів процесів масопередачі.
Промислове проведення абсорбції може поєднуватися або поєднуватися з десорбцією. Якщо десорбцію не виробляють, поглинач використовується одноразово. При цьому в результаті абсорбції одержують готовий продукт, напівпродукт або, якщо абсорбція проводиться з метою санітарного очищення газів, відкидний розчин, що зливається (після знешкодження) каналізацію.
Поєднання абсорбції з десорбцією дозволяє багаторазово використовувати поглинач та виділяти абсорбований компонент у чистому вигляді. Для цього розчин після абсорбера направляють на десорбцію, де відбувається виділення компонента, а регенерований розчин (звільнений від компонента) знову повертають на абсорбцію. При такій схемі (круговий процес) поглинач не витрачається, якщо не брати до уваги деяких його втрат, і весь час циркулює через систему абсорбер - десорбер - абсорбер.
У деяких випадках (за наявності малоцінного поглинача) впроцесі проведення десорбції відмовляються від багаторазового застосування поглинача.По цьому регенерований в десорбері поглинач скидають в каналізацію, а абсорбер подають свіжий поглинач.
Поглиначі, абсорбція яких супроводжується незворотною хімічною реакцією, не піддаються регенерації шляхом десорбції. Регенерацію таких поглиначів можна проводити хімічним методом [1].
Апарати, у яких проводять процеси абсорбції, називають абсорбер.
При абсорбційних процесах масообмін відбувається на поверхні зіткнення фаз. Тому абсорбційні апарати повинні мати розвинену поверхню зіткнення між газом та рідиною. Виходячи з цього, абсорбційні апарати можна поділити на наступнігрупи:
а) Поверхневі абсорбери, у яких поверхнею контакту між фазами є дзеркало рідини (власне поверхневі абсорбери) або поверхня поточної плівки рідини (плівкові абсорбери) (рис. 1). До цієї ж групи відносяться насадкові абсорбери, в яких рідина стікає по поверхні завантаженої в абсорбер насадки з тіл різної форми (кільця., кусковий матеріал і т. д.), та механічні плівкові абсорбери. Для поверхневих абсорберів поверхня контакту певною мірою визначається геометричною поверхнею елементів абсорбера (наприклад, насадки), хоча в багатьох випадках і не дорівнює їй.
Малюнок 1 – Плівковий абсорбер із плоскопаралельною (листовою) насадкою:
1– пакети листової насадки;
2– розподільний пристрій
б) Барботажні абсорбери, у яких поверхня контакту розвивається потоками газу. розподіляється в рідині у вигляді бульбашок та струйок. Такий рух газу (барботаж) здійснюється шляхом пропускання його через заповнений рідиною апарат (суцільний барботаж) або в апаратах колонного типу з ковпачковими, ситчастими або провальними тарілками. Подібний характер взаємодії газу та рідини спостерігається також у насадкових абсорберах із затопленою насадкою. У цю групу входять барботажні абсорбери з перемішуванням рідини механічними мішалками. У барботажних абсорберах поверхня контакту визначається гідродинамічним режимом (витратами газу та рідини).
в) розпилюючі абсорбери, в яких поверхня контакту утворюється шляхом розпилення рідини в масі газу на дрібні краплі. Поверхня контакту визначається гідродинамічний режим (витратою рідини). До цієї групи належать абсорбери, в яких розпилення рідини проводиться.форсунками (форсуночні, або порожнисті, абсорбери), в струмі газу, що рухається з великою швидкістю (швидкісні прямоточні розпилювальні абсорбери) або обертовими механічними пристроями (механічні розпилювальні абсорбери).
Наведена класифікація абсорбційних апаратів є умовною, оскільки відбиває й не так конструкцію апарату, скільки характер поверхні контакту. Один і той же тип апарату в залежності від умов роботи може виявитися у різних групах. Наприклад, насадкові абсорбери можуть працювати як у плівковому, так і в барботажному режимах.
Фізична сутність абсорбції
В абсорбційних процесах беруть участь дві фази - рідка та газова, і відбувається перехід речовини з газової фази в рідку. Тому абсорбційні процеси є одним з видів процесів масопередачі.
Абсорбції піддають здебільшого не окремі гази, а газові суміші, складові яких (одна або кілька) можуть поглинатися даним поглиначем в помітних кількостях. Ці складові частини називають компонентами, що абсорбуються або просто компонентами, а не поглинаються складові - інертним газом.
Рідка фаза складається з поглинача та абсорбованого компонента. У багатьох випадках поглинач являє собою розчин активного компонента, що вступає в хімічну реакцію з компонентом, що абсорбується; при цьому речовина, в якій розчинений активний компонент, буде розчинником.
Інертний газ та поглинач є носіями компонента відповідно в газовій та рідкій фазах. При фізичній абсорбції інертний газ та поглинач не витрачаються і неберуть участь у процесах переходу компонента з однієї фази до іншої. При хемосорбції поглинач може взаємодіяти хімічно з компонентом [2].
Перебіг абсорбційних процесів характеризується їхньою статикою та кінетикою.
Статика абсорбції,тобто рівновага між рідкою і газовою фазами, визначає стан, який встановлюється при досить тривалому зіткненні фаз. Рівнавага між фазами визначається термодинамічні властивості 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, компонента та інертного газу, а також способом зіткнення фаз (пристроєм абсорбційного апарату та гідродинамічним режимом його роботи). В абсорбційних апаратах рушійна сила, як правило, змінюється за їх довжиною і залежить від характеру взаємного руху фаз (протікання, прямотік, перехресний струм і т. д.).
Розрізняють фізичну абсорбцію та хемосорбцію.
При фізичній абсорбції розчинення газу не супроводжується хімічною реакцією (або, принаймні, ця реакція не надає помітного впливу на процес). В даному випадку над розчином існує більш-менш значний рівноважний тиск компонента і поглинання останнього відбувається лише доти, доки його парціальний тиск у газовій фазі вище рівноважного тиску над розчином. Повне вилучення компонента з газу при цьому можливе тільки при протитоці та подачі в абсорбер чистого поглинача, що не містить компонента.
Прихемосорбції(абсорбція, що супроводжується хімічною реакцією) компонент, що абсорбуєтьсязв'язується у рідкій фазі у вигляді хімічної сполуки. При незворотній реакції рівноважний тиск компонента над розчином дуже мало і можливе повне його поглинання. При оборотній реакції над розчином існує помітний тиск компонента, хоча менший, ніж при фізичної абсорбції [5].
Області застосування абсорбційних процесів