Использование абсорберов для очистки выбросов от вредных газообразных примесей

 

Абсорбция осуществляется, как правило, с использованием жидкого абсорбента в жидкостных абсорберах (рис.11.7). Решающим условием при выборе абсорбента жидкости является растворимость в нем извлекаемого газа. Кроме того, учитывается температура и давление в аппарате.

При использовании жидкого абсорбента (воды и др.) образуются растворы. Такой процесс называется скрубберным, а аппарат, в котором он происходит скруббером.

Рис.11.7. Основные типы аппаратов для абсорбции

 

При проектировании абсорберов особое внимание следует уделять организации контакта газового потока с жидким растворителем и выбору поглощающей жидкости (абсорбента). Организация контакта газового потока с жидким растворителем осуществляется либо пропусканием газа, например, через насадочную колону, либо барботажем газа через слой абсорбирующей жидкости.

В зависимости от реализуемого способа контакта различают: насадочные башни; центробежные скрубберы; скрубберы Вентури; другие скрубберы (форсуночные, барботажно-пенные, тарелочные).

В качестве примера на рис.11.8. показана схема вертикальной колонны (башни), в которой монтируется насадка (одна или более штук), орошаемая сверху абсорбентом.

Рис.11.8.Орошаемая противоточная насадочная башня: 1 – насадки; 2 - оросители

Насадки устанавливаются для обеспечения большей поверхности контакта газа с жидкостью. В качестве насадок применяют кольца Рашига. Материал насадки выбирается только исходя из соображений антикоррозийной стойкости (керамика, фарфор, легированные металлы и др.).

Десорбцию растворенного газа (или регенерацию растворителя) проводят либо снижением общего или парциального давления, либо повышением температуры, либо использованием обоих приемов одновременно.

Расчет абсорбера состоит в определении объемного расхода поглотительной жидкости Q; необходимой поверхности F соприкосновения газа с жидкостью; параметров вспомогательной аппаратуры (мощность насосов, размер баков и др.).

Объемный расход поглотительной жидкости рассчитывают из уравнения материального баланса процесса абсорбции, согласно которому масса поглощаемого компонента m, которая удалена из очищаемого газа, должна быть равна массе компонента, перешедшего в жидкость:

 

m = Q_r(y₁ - y₂) = Q_a(x₂ - x₁), (11.19)

 

где Q_r – объем очищаемого газа, м³/с;

Q_a – объем абсорбента, м³/с;

x₁ и x₂ – начальная и конечная концентрации газового компонента в поглотительной жидкости, г/м³;

y₁ и y₂ – начальная и конечная концентрации поглощаемого газообразного компонента в очищаемом газе, г/м³.

Необходимую поверхность соприкосновения газа с жидкостью находят по формуле:

F=10³m/(k_a-∆p_cp), (11.20)

 

где k_a - коэффициент абсорбции (коэффициент массопередачи), кг/(м² ч Па);

∆p_cp-средняя движущая сила абсорбции, Па.

Коэффициент абсорбции, характеризующий скорость растворения газового компонента в жидкости, определяется общим сопротивлением диффузии этого компонента через газовую и жидкостную пленки. Для хорошо растворимых газов значение коэффициентов абсорбции можно определить по формуле, предложенной И.Л. Пейсаховым:

, (11.21)

 

где М - молярная масса поглощаемого компонента;

ω- скорость газов в свободном сечении скруббера, м/с;

Т- абсолютная температура, К;

d_экв - эквивалентный диаметр насадки, равный учетверенному значению живого сечения насадки, деленный на удельную поверхность, м.

Движущая сила абсорбции равна разности парциального давления поглощаемого компонента в газовой фазе и равновесного давления этого компонента над поглотительной жидкостью.

Следует иметь в виду, что при противотоке (газ и жидкость движутся навстречу друг другу) значение больше, чем при прямотоке (газ и жидкость движутся в одну сторону).

Следовательно, противоток выгоднее, так как для его осуществления требуется аппаратура меньшего размера. Прямоток неэффективен для плохо растворимых газов. Прямоток целесообразно применять, когда равновесное давление поглощаемого компонента над жидкостью очень невелико и почти не увеличивается по мере растворения газового компонента. Обычно прямоток применяется в тех случаях, когда растворяемый компонент газа вступает в реакции с жидкостью или ее компонентами (хемосорбция).