Схеми абсорбційних процесів
У практиці абсорбції застосовуються кілька важливих схем проведення процесу. Найбільш широко застосовуються прямоточна (рис. 4.7, а) та протиточна (рис. 4.7, б) схеми.
Б) Протиточна абсорбція
Мал. 4.7. Основні схеми абсорбційних процесів
У прямоточній схемі абсорбції потоки газу та абсорбенту рухаються паралельно один до одного. У цій схемі взаємодії речовин в процесі абсорбції газ з більшою концентрацією речовини, що розподіляється, Yh приводиться в контакт з рідиною, що має меншу концентрацію Хн
Розподіляється речовина, а газ з меншою концентрацією Yk взаємодіє на виході з апарату з рідиною, що має велику концентрацію Хк речовини, що розподіляється.
За протиточною схемою абсорбції в одному кінці апарату наводяться в контакт газ і рідина, що мають великі концентрації речовини, що розподіляється Yh і Хк, а в протилежному кінці - менші Yk і Хн.
Порівняємо розглянуті схеми абсорбції, маючи на увазі наступні показники процесу: питома витрата абсорбенту, рушійну силу процесу та коефіцієнт масопередачі. Зіставлення проводиться при граничному положенні робочих ліній, коли кінцеві концентрації компонента, що розподіляється в рідині xk1 для прямого струму і xk2 для протиструму досягають рівноважних значень.
При перетині робочої лінії процесу з рівноважною лінією кінцева концентрація компоненту, що видобувається xk2 для протиточного процесу більше кінцевої концентрації для прямоточного процесу. Отже, протиточний процес забезпечує більшу кінцеву концентрацію поглинається газу в абсорбенті і разом з цим менша витрата абсорбенту.
При протитоці можна досягти повного вилучення компонента з газової суміші, ніж при прямоточнійсхемою.
У техніці абсорбції використовують також одноступінчасті схеми з рециркуляцією (рис. 4.8) і багатоступінчасті з рециркуляцією, які передбачають багаторазове повернення в апарат рідини або газу.
У схемі з рециркуляцією рідини (рис. 4.8,а) газ проходить через апарат знизу вгору, і концентрація речовини, що розподіляється, в ньому змінюється від Yh до Yk. Поглинаюча рідина підводиться до верхньої частини апарату при концентрації розподіленої речовини Хн, потім змішується з рідиною, що виходить з апарату, в результаті чого концентрація підвищується до Хс. У схемі абсорбції з рециркуляцією рідини газу проходить апарат знизу вгору, і концентрація речовини, що розподіляється, в ньому змінюється від Yh до Yk.
Робоча лінія представляється на діаграмі відрізком прямої; крайні точки мають координати Yh, Хк і Yk, Xc відповідно. Значення Хс можна визначити з рівняння матеріального балансу:
G(Yh – YK) = L(Хк – Хн) = L • n(Хк – Хс), (4.55)
Хс = [Хк (n -1) + Хн] / n, (4.56)
Де n - відношення кількості поглинаючої рідини на вході в апарат до кількості свіжої рідини, що поглинає.
А) Схема із рециркуляцією рідини
Б) Схема із рециркуляцією газу Мал. 4.8. Рециркуляційні схеми абсорбції
Матеріальні співвідношення у схемі абсорбції з рециркуляцією газу (рис. 4.8 б) аналогічні попереднім. Положення робочої лінії визначають точки 4c(Y^ Хк) та B(Yk, Хн); ордината виходить із рівняння матеріального балансу:
GY - YK = G ■ n(Yc - YK) = L(Хк - Хн), (4.57)
Yc = [YK (n -1) + Yн] / n. (4.58)
Схеми з рециркуляцією можуть бути протиточними та прямоточними.
Одноступінчасті схеми з рециркуляцією абсорбенту або газу в порівнянні зі схемами безрециркуляції мають таку особливість.
У схемі з рециркуляцією поглинача при тому самому витраті свіжого абсорбенту кількість рідини, що проходить через апарат, більше. Результатом цього є підвищення коефіцієнта масопередачі за рахунок збільшення коефіцієнта масовіддачі в рідкій фазі та деяке зменшення рушійної сили, що може призвести до зменшення габаритів апарату. Рециркуляція рідини завжди краще за необхідності супроводжувати процес абсорбції охолодженням, так як в цьому випадку включення холодильника в гілку рециркулюючого абсорбенту дозволяють легко відводити тепло від взаємодіючих речовин.
Багатоступінчасті схеми з рециркуляцією можуть включати прямий струм, протитечії, рециркуляцію газу. Велике практичне значення має багатоступенева протиточна схема з рециркуляцією рідини у кожному щаблі. Робочі лінії наносять на діаграму окремо для кожного ступеня.
Багатоступінчасті схеми з рециркуляцією газу і рідини мають всі переваги одноступінчастих схем і разом з тим забезпечує велику рушійну силу процесу. З вказаної причини здебільшого вибирають варіант багатоступінчастих рециркуляційних схем.