Устройство абсорбционных аппаратов

Поверхностные абсорберы – используют для поглощения хорошо растворимых газов: хлористый водород водой. Здесь газ проходит над поверхностью неподвижной или медленно движущейся жидкости, т.к. поверхность сопротивления мала, устанавливается несколько последовательно соединенных аппаратов, газ и жидкость двигаются противотоком (поверхностный абсорбер и оросительный).

Пластинчатый абсорбер – состоит из двух систем каналов: по каналам большего сечения движутся противотоком газ и абсорбент; по каналам меньшего сечения – охлаждающий агент (вода). Пластинчатый абсорбер – изготавливается из графита, т.к. он хорошо проводит тепло и является химически стойким материалом.

Пленочные абсорберы. Здесь поверхностью контакта фаз является поверхность текущей пленки жидкости. Различают следующие разновидности аппаратов данного типа: трубчатые абсорберы – сходен по устройству с кожухотрубчатыми теплообменниками. Абсорбент поступает на верхнюю трубную решетку, распределяется по трубам и стекает в виде пленки по их внутренней поверхности. Газ движется по трубам снизу вверх.

Абсорберы с плоскопараллельной насадкой – колонна с листовой насадкой в виде вертикальных листов, для равномерного распределения жидкости имеется вверху распределительное устройство.

Абсорбер с восходящем движением пленки – аппарат состоит из труб, закрепленных в трубных решетках. Газ поступает снизу через патрубки, абсорбент также поступает снизу в трубы через щели. Движущейся с большой скоростью газ увлекает жидкую пленку в направлении своего движения, т.е. аппарат работает в режиме восходящего прямотока. Для отвода тепла по межтрубному пространству пропускают охлаждающий агент.

Насадочные абсорберы – в насадочной колонне насадка укладывается на решетке, имеющие отверстия для прохождения газа и слива жидкости. Последняя с помощью распределителя равномерно орошает насадку. Здесь жидкость по поверхности насадки стекает в виде тонкой пленки.

Гидродинамические режимы – пленочный, режим подвисания (промежуточный), турбуляция, эмульгирования.

Барботажные (тарельчатые) абсорберы – колонна внутри которой на определенном расстоянии друг от друга размещаются горизонтальные перегородки – тарелки. С помощью тарелок осуществляется направленное движение фаз и многократное взаимодействие газа и жидкости.

Перегонка жидкости

Посредством перегонки разделяют жидкостные смеси, все компоненты которых летучи (но имеют различную летучесть) при одной и той, же температуре. Если мы перегоняем бинарную смесь, то в результате получаем – пар, содержащий относительно большое количество легколетучего или низкокипящего компонента (НК), чем исходная смесь. Неиспарившаяся жидкость имеет состав более богатый труднолетучим или высококипящим компонентом (ВК).

Эта жидкость называется остатком, а жидкость, получаемая в результате конденсации паров дистиллятом или ректификатом и флегму – жидкость, возвращаемую для орошения колонны.

Существуют два типа перегонки:

Простая перегонка представляет собой процесс однократного частичного испарения жидкой смеси и конденсации образующихся паров.

Ректификация представляет собой процесс многократного частичного испарения жидкости и конденсации паров.

Материальный баланс

Пусть в колонну поступает F кмоль исходной смеси, состав которой х_F молей долей НК. Сверху из колонны удаляется G кмоль паров, образующих после конденсации флегму и дистиллят P кмоль, его состав х_Р молей долей НК. На орошение колонны возвращается флегма Ф кмоль, ее состав х_Р = х_Ф

F + Ф = G + W

Поскольку G = Р + Ф, то F = Р + W

Соответственно материальный баланс по НК:

Fх_F = Рх_Р + Wх_W

1 – ректификационная колонна; 2 – кипятильник; 3 – дефлегматор; 4 – делитель флегмы.

На некотором расстоянии от верха колонны находится так называемая питающая тарелка, куда и поступает исходная смесь. Питающая тарелка делит колонну на две части, в верхней части (а) должно быть обеспечено обогащение паров НК, эта часть называется укрепляющей. В нижней части (в) необходимо в максимальной степени удалить из жидкости НК, эта часть называется исчерпывающей.

Минимальное флегмовое число

– состав дистиллята в паровой фазе;

– равновесное содержание данного компонента в паровой фазе исходного продукта.

R_опт = 1,3R_min + 0,3

1 – эксплуатационные расходы; 2 – капитальные затраты; 3 – общие затраты на ректификацию.

С увеличением R возрастает движущая сила процесса и уменьшается необходимое число теоретических и действительных ступеней. В итоге при некотором флегмовом числе рабочий объем колонны будет минимальным и следовательно будет минимальна ее стоимости.

Ректификация многокомпонентных смесей

Число колонны для ректификации многокомпонентной смесей должно быть на одну меньше, чем число компонентов, на которые разделяется смесь.

В ректификационных установках используются главным образом аппаратуры двух типов: насадочные и тарельчатые.

В кипятильнике – поверхность нагрева представлена в виде змеевика, или кожухотрубчатый теплообменник.

Меньшее гидравлическое сопротивление насадочных колонн по сравнению с барботажными особенно важно при ректификации под вакуумом.

Сушка

В химической промышленности применяется искусственная (сушка материалов в специальных сушильных установках) и естественная сушка.

По способу подвода тепла к высушиваемому материалу различают следующие виды сушки:

1) конвективная сушка – путем непосредственного соприкосновения материала и сушильного агента;

2) контактная – путем передачи тепло от теплоносителя к материалу через разделяющую их стенку;

3) радиальная – путем передачи тепла инфракрасными лучами;

4) диэлектрическая – путем нагрева в поле токов высокой частоты.

А также специальные виды сушки.

Абсолютная влажность определяется количеством водяного пара в кг, содержащегося в 1м³ влажного воздуха.

Относительная влажность φ называется отношение массы водяного пара в 1м³ влажного воздуха ρ_П при данных условиях, температуре и общем барометрическом давлением к максимально возможной массе водяного пара 1м³ воздуха ρ_Н (плотность насыщенного пара) при тех же условиях:

Количество водяного пара, содержащегося во влажном воздухе и приходящегося на 1кг абсолютно сухого воздуха, называется влагосодержанием:

Энтальпия I влажного воздуха относится к 1кг абсолютно сухого воздуха и определяется при данной температуре воздуха t (⁰С) как сумма энтальпий абсолютно сухого воздуха с_С.В. t и водяного пара хi_П (Дж/кг сухого воздуха):

Все эти данные можно найти по диаграмме I – х Л.К. Рамзина.

После достижения равновесия между влажным воздухом и испаряющейся влагой температура последней примет постоянное значении, равное температуре мокрого термометра t_М

++++++++++++ ++++++++++++ ++++++++ ++++++++++