8. Схемы абсорбционных установок

Гл. XI. Абсорбция

(рис. Х1-32), где уходящий газ соприкасается с концентрированным раствором поглощаемого газа. Кроме того, при противотоке можно достиг­нуть более высокой степени насыщения поглотителя извлекаемым компо­нентом, что, в свою очередь, приводит к уменьшению расхода абсорбента.

Для отвода тепла, выделяющегося при абсорбции, а также для повы­шения плотности орошения в колоннах с насадкой часто применяют схемы с рециркуляцией части абсорбента.

Рис. ХІ-31. Схема противоточной абсорбции. Рис. ХІ-32. Схема прямоточной абсорбции.

На рис. ХІ-33 представлена схема одноступенчатой абсорб- ции с частичной рециркуляцией абсорбента. Часть жидкости концентра- цией Х_к отбирается из нижней части колонны в качестве конечного про- дукта, а другая ее часть возвращается насосом на верх колонны, где жидкость присоединяется к поглотителю, имеющему начальную кон- центрацию Х_н. В результате образуется смесь, концентрация которой равна Х_см, причем X^ > Х_в.

Жидкость, возвращаемая в колонну, может быть попутно охлаждена, что приведет к понижению температуры жидкости, орошающей колонну, и соответственно — к понижению температуры процесса.

Обозначим через п кратность циркуляции, или отношение числа кило- молей жидкости, протекающей через абсорбер, к числу киломолей исход- ной жидкости. Тогда через абсорбер будет проходить пЬ кмолъ и рецирку- лировать (п—1) Ь кмолъ поглотителя, где Ь — расход поглотителя.

Соответственно материальный баланс процесса выразится уравнением

О {¥„- У_к) = I (Х_к - Х_в) = пі (х_к - Х_см) откуда кратность циркуляции

п = (XI, 68)

Л_к — Асм

Концентрация абсорбента в смеси на входе в колонну

• (I — ^п) Хк

Хсы ■

(XI.69)

Рис. XI-33. Схема одноступенчатой аб­сорбции с рециркуляцией жидкости.

Линия А В на диаграмме У—X (рис. Х1-33) отвечает абсорбции без

рециркуляции (т. е. при п — 1), причем наклон этой линии равен отно- шению расходов фаз ЬЮ. При наличии циркуляции рабочая линия имеет больший наклон (пЬ/в) и выражается отрезком АС. Наклон рабочей линии возрастает с увеличением п, однако предельное положение рабочей линии соответствует прямой АО, точка В которой находится на линии равновесия. Это положение рабочей линии отвечает максимальной вели- чине п, когда поступающая в колонну смесь находится в равновесии с уходящим газом.

469

Схема многоступенчатой абсорбции с рециркуляцией части жидкости приведена на рис. Х1-34. При этом газ проходит последова­тельно через все колонны навстречу жидкости. На диаграмме V—X рабочая линия для всей системы изображается прямой А В. Эта прямая состоит из отрезков АС, СО и БВ, соответствующих рабочим линиям

•Рис. XI-34. Схема многоступенчатой противоточиой абсорбции с рециркуляцией жидкости а каждом абсорбере.

для отдельных колонн. При отсутствии рециркуляции данную систему можно было бы рассматривать как один абсорбер, разделенный на части. Если каждая отдельная колонна работает с рециркуляцией жидкости, то рабочие линии для каждой из этих колонн выразятся отрезками А'С, С'Е) и И’В. Рассмотренная схема широко распространена в промышлен­ности.

іДесорбароВанньїй

]газ

Рис. XI-35. Схема абсорбционной установки с рециркуляцией жидкости и десорбцией:

1 -- абсорбер; 2—4 — сборники; 5—7 — насосы; 8 — теплообменник;

9 =- десорбционная колонна; 10 — холодильники.

Количество жидкости, проходящей через абсорберы, работающие по схеме с рециркуляцией поглотителя, при одном и том же расходе свежего абсорбента значительно больше, чем в схемах без рециркуляции. В ре­зультате увеличивается коэффициент массоотдачи в жидкой фазе р_ж при некотором снижении движущей силы процесса (см. рис. ХІ-34).

Применение схем с рециркуляцией поглотителя целесообразно в сле­дующих случаях: 1) когда основное сопротивление массопередаче сосре­доточено в жидкой фазе; 2) при необходимости охлаждать поглотитель в процессе абсорбции; 3) для улучшения смачивания насадки (при малых

Гл. XI. Абсорбция

плотностях орошения). Вместе с тем рециркуляция жидкости приводит к усложнению абсорбционных установок и дополнительным расходам энергии на перекачивание рециркулирующей фазы.

Схемы установок, приведенные на ‘рис. Х1-33—Х1-35, относятся к насадочным абсорбентам, в которых затруднительна организация вну­треннего отвода тепла в процессе абсорбции. В тарельчатых абсорберах охлаждающие устройства (например, змеевики) устанавливают непосред­ственно на тарелках, что является существенным преимуществом этих аппаратов при проведении в них процессов абсорбции, протекающих со значительным выделением тепла.

На рис. Х1-35 представлена схема абсорбционной установки с рецир­куляцией жидкости и десорбцией. Насыщенный поглощенным компо­нентом абсорбент из последнего (по ходу жидкости) абсорбера / сливается в сборник 2, откуда насосом 5 через теплообменник 8 подается в десорб- ционную колонну 9, где освобождается от растворенного газа. Регенери­рованный поглотитель из колонны 9 поступает в теплообменник 8, где отдает тепло жидкости, направляемой на десорбцию, и далее через хо­лодильник 10 возвращается в цикл орошения первого (по ходу жидкости) абсорбера.