Сравнительная характеристика диффузионных процессов

Лабораторная работа 6

Адсорбцией называется процесс поглощения газов или паров из газовых смесей или растворенных веществ из растворов твердыми поглотителями — адсорбентами. Поглощаемое вещество называется адсорбтивом.

Характерной особенностью процессов адсорбции являются их избирательность и обратимость. Благодаря обратимости процесса возможно поглощение из парогазовых смесей или растворов одного или нескольких компонентов, а затем в определенных условиях выделение их из адсорбента.

Процесс, обратный адсорбции, называется десорбцией. Адсорбция широко распространена в различных отраслях промышленности для очистки и осушки газов, очистки и осветления растворов, разделения парогазовых смесей, для извлечения ценных летучих растворителей из их смеси с другими газами.

Различают физическую и химическую адсорбцию. Физическая адсорбция имеет место при взаимном притяжении молекул адсорбтива и адсорбента под действием сил Ван-дер-Ваальса. При физической адсорбции не возникает химического взаимодействия адсорбированного газа с адсорбентом.

При поглощении паров адсорбция может сопровождаться конденсацией паров, при этом поры адсорбента заполняются жидкостью — происходит капиллярная конденсация, которая возникает вследствие снижения давления пара над вогнутым мениском жидкости в капиллярах адсорбента.

Химическая адсорбция, или хемосорбция, характеризуется образованием химической связи между молекулами поглощенного вещества и молекулами адсорбента, что является результатом химической реакции.

Максимальная поглотительная способность адсорбента при определенных температуре, давлении и концентрации адсорбируемого вещества называется равновесной активностью. В про­мышленности адсорбенты используются в виде гранул размером 2—7 мм либо в порошкообразном состоянии с размером частиц 50—200 мкм.

Активные угли получают при сухой перегонке углесодержащих веществ, таких, как дерево, торф, кости и др. Активирование проводят в основном прокаливанием углей при температурах свыше 900 °С. Удельная площадь поверхности активных углей составляет 600—1750 м²/г, насыпная плотность — 250—450 кг/м³, объем микропор — 0,23—0,6 см³/г. Они отличаются низким содержа­нием золы (менее 8%).

Активные угли применяются для очистки промышленных газовых выбросов.

Глины и другие природные глинистые адсорбенты — бентонитовые глины на основе монтмориллонита и отбеливающие глины гумбрин, асканит и др. — являются высокодисперсными системами со сложным химическим составом. В них входят SiO₂, А1₂О₃, Fe₂O₃, CaO, MgO и другие оксиды металлов.

Наиболее распространенным методом активации природных глин является обработка их минеральными кислотами. При этом удаляются оксиды кальция, магния, железа, алюминия и других металлов, происходит образование дополнительных пор.

Адсорберы по организации процесса делятся на аппараты периодического и непрерывного действия.

Вертикальный адсорбер с неподвижным кольцевым слоем адсорбента (рис.1) предназначен для поглощения компонентов из парогазовой смеси. Адсорбер состоит из вертикального корпуса, внутри которого между перфорированными сетками расположен слой адсорбента.

 

:

 

Рисунок 1 - Адсорбер с неподвижным слоем адсорбента 1 — корпус; 2 — колосниковая решетка; 3 — кольцевая труба; 4 — адсорбент

 

Рисунок 2- Адсорбер с кольцевым слоем адсорбента:1 — корпус; 2,3— внутренняя и внешняя цилиндрические решетки; 4 — адсорбент

 

Абсорбцией называется процесс поглощения газов или паров (абсорбтивов) из газовых или паровых смесей жидкими поглотителями — абсорбентами. Этот процесс является избирательным и обратимым, что позволяет применить его с целью получения растворов газов в жидкостях, а также для разделения газовых или паровых смесей.

После абсорбции одного или нескольких компонентов из газовой или паровой смеси, как правило, проводят десорбцию, т. е. выделение этих компонентов из жидкости. Таким образом, осуществляют разделение газовой смеси.

Имеют место физическая абсорбция и хемосорбция. При физической абсорбции при растворении газа не происходит химической реакции. При хемосорбции абсорбируемый газ вступает в химическую реакцию в жидкой фазе.

Процессы абсорбции в технике применяются для разделения углеводородных газов и получения соляной и сернистой кислот, аммиачной воды, очистки отходящих газов с целью улавливания ценных продуктов или обезвреживания газосбросов.

Аппаратурно-технологическое оформление абсорбции несложно, поэтому процессы абсорбции широко используются в технике.

Аппараты для проведения процессов абсорбции называются абсорберами.

При взаимодействии газа с жидкостью возникает система состоящая из двух фаз (Ф-2) и трех компонентов — распределяемого вещества и двух веществ носителей (/С-3).

Согласно правилу фаз такая система имеет три степени свободы:

С = К + 2-Ф = 3 + 2-2 = 3.

Тремя основными параметрами, определяющими фазовое равновесие в системе, являются давление, температура и концентрация.

 В технике используют следующие принципиальные схемы абсорбционных процессов: прямоточные, противоточные, одноступенчатые с рециркуляцией и многоступенчатые с рециркуляцией.

В поверхностных абсорберах газ пропускается под поверхностью движущейся жидкости. Так как в поверхностных абсорберах поверхность контакта фаз невелика, то устанавливают несколько последовательно соединенных аппаратов, в которых газ жидкость движутся противотоком друг к другу. На рис. 3  показан оросительный абсорбер из горизонтальных труб, внутри которых протекает жидкость, а противотоком к ней движется газ. Уровень жидкости в трубах поддерживается с помощью порога. Охлаждение абсорбера происходит с поверхности орошаемой жидкости.

Для равномерного распределения жидкости по поверхностям труб установлен зубчатый распределитель

Пленочные абсорберы более компактны и эффективны, чем поверхностные. В пленочных абсорберах поверхностью контакта фаз является поверхность стекающей пленки жидкости. К абсорберам этого типа относятся трубчатые аппараты, в которых жидкость стекает по внешней поверхности вертикальных труб сверху вниз, а газ подается снизу абсорбера противотоком стекающей пленке; абсорберы с шюскопараллельной или листовой насадкой; абсорберы с восходящей пленкой. В последних абсорберах взаимодействиемежду газом и жидкостной пленкой происходит в условиях прямотока.

На рис. 4 представлен абсорбер с плоскопараллельной насадкой. Насадка представляет собой вертикальные листы, кото­рые разделяют объем абсорбера на ряд секций. Жидкость в абсорбер подается через трубу и с помощью распределительного устройства распределяется по насадке, омывая листы с обеих сторон. В зависимости от относительной скорости движения плени и газа пленки могут стекать вниз либо захватываться газовым потоком и течь вверх. С увеличением относительной скорости движения пленки и газа увеличиваются коэффициент массоотдачи и поверхность контакта фаз за счет турбулизации пограничного слоя и образования вихрей.

 

Рисунок 3-Поверхностный  абсорбер: Рисунок 4-Пленочный абсорбер:

                                                                                1— труба;

1 — распределитель; 2 — труба;           2 — распределительное устройство;

3 — порог                                                       3 — плоскопараллельная насадка

 

Интенсивность образования пены и брызг на колпачковых тарелках зависит от скорости пара и высоты слоя жидкости на тарелке.

Для создания большой площади поверхности массопередачи на тарелках устанавливается большое число колпачков. Расстояние от тарелки до нижнего обреза колпачка регулируется с помощью втулки 4 и гайки 2. Тарелки с капсульными колпачками наиболее широко распространены в промышленности.

 

Вывод: