Четвертый режим –– режим уноса, или обращенного движения жидкости, выносимой из аппарата газовым потоком. Этот режим на практике не используется.

Дата: 2025-05-25; Просмотры: 6
Оценка:
0.00 из 5.00 — оценок
Скачиваний: 0

Выбор насадок. Для того чтобы насадка работала эффективно, она должна удовлетворять следующим основным требованиям: 1) обладать большой поверхностью в единице объема; 2) хорошо смачиваться орошаемой жидкостью; 3) оказывать малое гидравлическое сопротивление газовому потоку; 4) равномерно распределять орошающую жидкость; 5) быть стойкой к химическому воздействию жидкости и газа, движущихся в колонне; 6) иметь малый удельный вес; 7) обладать высокой механической прочностью; 8) иметь невысокую стоимость.

Насадок, полностью удовлетворяющих всем указанным требованиям, не существует, т.к., например, увеличение удельной поверхности насадки влечет за собой увеличение гидравлического сопротивления аппарата и снижение предельных нагрузок. В промышленности применяют разнообразные по форме и размерам насадки, которые в той или иной мере удовлетворяют требованиям, являющимся основными при проведении конкретного процесса абсорбции. Насадки изготавливают из разнообразных материалов (керамика, фарфор, сталь, пластмасса и др.), выбор которых диктуется величиной удельной поверхности насадки, смачиваемостью и коррозионной стойкостью.

22. Тарельчатые абсорберы (ситчатые, клапанные, балластные, пластинчатые, волокнистые, колпачковые).

 

Тарельчатые абсорберы представляют собой, как правило, вертикальные колонны, внутри которых на определенном расстоянии друг от друга размещены горизонтальные перегородки –– тарелки. С помощью тарелок осуществляется направленное движение фаз и многократное взаимодействие жидкости и газа.

В настоящее время в промышленности применяются разнообразные конструкции тарельчатых аппаратов. По способу слива жидкости с тарелок барботажные абсорберы можно подразделить на колонны: 1) с тарелками со сливными устройствами и 2) с тарелками без сливных устройств.

1) Переливные трубки располагают на тарелках таким образом, чтобы жидкость на соседних тарелках протекала во взаимопротивоположных направлениях. К тарелкам со сливными устройствами относятся: ситчатые, колпачковые, клапанные и балластные, пластинчатые.

Ситчатые тарелки. Колонна с сетчатыми тарелками (рис. XI-18) представляет собой вертикальный цилиндрический корпус 1 с горизонтальными тарелками 2, в которых равномерно по всей поверхности просверлено значительное число отверстий диаметром 1—5 мм. Для слива жидкости и регулирования ее уровня на тарелке служат переливные трубки 3, нижние концы которых погружены в стаканы 4.

 

Колпачковые тарелки. Менее чувствительны к загрязнениям, чем колонны с ситчатыми тарелками, и отличаются более высоким интервалом устойчивой работы колонны с колпачковыми тарелками (рис. Х1-19). Газ на тарелку 1 поступает по патрубкам 2, разбиваясь затем прорезями колпачка 3 на большое число отдельных струй. Прорези колпачков наиболее часто выполняются в виде зубцов треугольной или прямоугольной формы. Далее газ проходит через слой жидкости, перетекающей по тарелке от одного сливного устройства 4 к другому.

 

Клапанные и балластные тарелки (рис. XI-23). Принцип действия клапанных тарелок (рис. Х1-23. а, б) состоит в том, что свободно лежащий над отверстием в тарелке круглый клапан 1 с изменением расхода газа своим весом автоматически регулирует величину площади зазора между клапаном и плоскостью тарелки для прохода газа и тем самым поддерживает постоянной скорость газа при его истечении в барботажный слой. С увеличением скорости газа в колонне гидравлическое сопротивление клапанной тарелки увеличивается незначительно.

Балластные тарелки (рис. X1-23, г) отличаются по устройству от клапанных тем, что в них между легким круглым клапаном 1 и кронштейном-ограничителем 2 установлен на коротких стойках, опирающихся на тарелку, более тяжелый, чем клапан, балласт 3. Клапан начинает подниматься при небольших скоростях газа. С дальнейшим увеличением скорости газа клапан упирается в балласт и затем поднимается вместе с ним. Балластные тарелки отличаются более равномерной работой и полным отсутствием провала жидкости во всем интервале скоростей газа.

Пластинчатые тарелки. Эти тарелки, в отличие от тарелок, рассмотренных выше, работают при однонаправленном движении фаз, т. е. каждая ступень работает по принципу прямотока, что позволяет резко повысить нагрузки по газу и жидкости, в то время как колонна в целом работает с противотоком фаз. В колонне с пластинчатыми тарелками (рис. Х1-24) жидкость (движение которой показано на рисунке сплошными стрелками) поступает с вышележащей тарелки в гидравлический затвор 1 и через переливную перегородку 2 попадает на тарелку 3, состоящую из ряда наклонных пластин 4.

Колонны с тарелками без сливных устройств (рис. Х1-25). В тарелке без сливных устройств газ и жидкость проходят через одни и те же отверстия или щели. На тарелке одновременно с взаимодействием жидкости и газа путем барботажа происходит сток части жидкости на нижерасположенную тарелку — «проваливание» жидкости. Поэтому тарелки такого типа обычно называют провальными. К ним относятся дырчатые, решетчатые, трубчатые и волнистые тарелки.

23. Схемы абсорбционных установок

1 Противоточная схема: газ проходит через абсорбер снизу-вверх, а жидкость стекает сверху вниз. Так как уходящий газ соприкасается со свежим абсорбентом, над которым парциальное давление поглощаемого компонента равно нулю, то можно добиться более полного извлечения. Можно добиться более высокой степени насыщения поглотителя извлекаемым компонентом, что приводит к уменьшению расхода абсорбента.2 Прямоточная схема: уходящий газ соприкасается с концентрированным раствором поглощаемого газа.3 Схема с одноступенчатая с рециркуляцией: для отвода тепла, выделяющегося при абсорбции и повышения плотности орошения в колоннах с насадкой. Линия АВ (n-кратность циркуляции=1)- абсорбция без рециркуляции, АС(n увеличивается)-наличие циркуляции, АD-предельное положение рабочей линии(максимальная величина n, поступающая в колонну смесь находится в равновесии с уходящим газом), т D –на линии равновесия.4Многоступенчатая с рециркуляцией: АB-рабочая линия для всей системы. АC, CD, DB – рабочая линия для отдельных колонн. АꞋC, CꞋD, DꞋB- рабочая линия, если каждая колонная работает с рециркуляцией.

24. Общие сведения процессов перегонки и ректификации. Коэффициент относительной летучести.

Одним из наиболее распространенных методов разделения жидких однородных смесей, состоящих из двух или большего числа летучих компонентов, является перегонка(дистилляция и ректификация).
Перегонка –процесс, включающий частичное испарение разделяемой смеси и последующую конденсацию образующихся паров, осуществляемые однократно или многократно. В результате конденсации получают жидкость, состав которой отличается от состава исходной смеси. Разделение перегонкой основано на различной летучести компонентов смеси при одной и той же температуре. Получаемый пар содержит относительно большое количество легколетучего или низкокипящего комп-та(НК), чем исх. смесь. => в процессе перегонки жидкая фаза объединяется, а паровая фаза обогащается НК. Неиспарившаяся жидкость имеет состав более богатый труднолетучим или высококипящим к-том(ВК). Эта жидкость называется остатком, а ж-ть, полученная в результате конденсации паров – дистиллятом (ректификатом).
Ректификация – процесс разделения гомогенных смесей летучих жидкостей путем двустороннего массо- и теплообмена между неравновесными жидкой и паровой фазами, имеющими различную температуру и движущимися относительно друг друга. Разделение происходит в колонных аппаратах при многократном или непрерывном контакте фаз. При каждом контакте из жидкости испаряется преимущественно НК, которым обогащаются пары, а из паровой фазы конденсируется преимущ-но ВК, переходящий в ж-ть. Обмен компонентами между фазами позволяет получить пары, представляющие собой почти чистый НК. Эти пары после конденсации дают дистиллят или ректификат (верхний продукт) и флегму – жидкость, возвращаемую для орошения колонны и взаимодействия с поднимающимися по колонне парами. Снизу колонны удаляется жидкость, представляющая собой почти чистый ВК – остаток (нижний продукт). Часть остатка испаряют в нижней части колонны для получения восходящего потока пара.

25. Идеальные системы. Закон Рауля. В идеальных системах компоненты не образуют гидратов, сольватов, тепловой эффект при смешивании не выделяется, не меняется объем смеси.

Идеальные смеси подчиняются закону Рауля. Парциальное давление каждого компонента в паре пропорционально его мольной доле в жидкости. Коэффициент пропорциональности РА насыщенного пара данного компонента. по легколетучему компоненту
Изотерма парциальных давлений компонентов и общего давления для идеальных растворов – уравнение Дальтона.

26. Диаграмма Т-Х-У. Первый закон Коновалова.

НК-низкокипящий компонент.

ВК- высококипящий компонент.

Сущность процессов из которых складывается ректификация, и получаемые при этом результаты можно проследить с помощью t-x-y диаграммы.

Нагрев исходной смеси состава х1 до температуры кипения, получим находящийся в равновесии с жидкостью пар (точка b). Отбор и конденсация этого пара дают жидкость состава х2, обогащенную НК (х2> х1). Нагрев эту жидкость до температуры кипения t, получим пар (точка d), концентрация которого дает жидкость с еще большим содержанием НК, имеющую состав х3, и т.д. Проводя таким образом последовательно ряд процессов испарения жидкости и концентрации паров, можно получить в итоге жидкость (дистиллят), представляющую собой практически чистый НК.

Аналогично, исходя из паровой фазы, соответствующей составу жидкости х4, путем проведения ряда последовательных процессов конденсации и испарения можно получить жидкость (дистиллят), представляющую собой почти целиком из ВК.

В простейшем виде процесс испарения можно осуществлять в много ступенчатой установке, в первой ступени которой испаряется исходная смесь. На вторую ступень поступаетнаиспарение жидкость, оставшаяся после отделения паров в первой ступени, в третьей ступени испаряется жидкость, полупившая из второй ступени (после отбора из последней паров), и т.д.

Процессы ректификации осуществляются периодически или непрерывно при различных давлениях.

Первый закон Коновалова.

Взаимное положение кривых на фазовых диаграммах t-x-y иy-x определяется первым законом Коновалова: пар обогащается тем компонентом, при добавлении которого к жидкости повышается давление пара над ней или снижается ее температура кипения.

27. Смеси взаимонерастворимых жидкостей и их поведение в парожидкостном равновесии при ректификации.

Взаимонерастворимые жидкости – это жидкости, которые обладают пренебрежимо малой растворимости друг в друге. Пример: вода в бензоле, такие смеси образуют два слоя и могут быть разделены путем отстаивания. Обладают одной степенью свободы. Следует, что каждой температуре смеси отвечает строго определенное давление, и каждый компонент смеси ведет себя независимо от другого. Соответственно парциальное давление каждого компонента не зависит от его содержания в смеси и равно давлению паров чистого компонента при той же температуре.

(Диаграмма р-х) Общее давление пара над смесью равно сумме давлений паров чистых компонентов:

Р=Ра + Рв

Диаграммы t-х-y и y-х, для бинарных смесей из взаимонерастворимых компонентов. Пунктирными линиями обозначено незначительная растворимость компонентов друг в друге. Величины tа и tв – температуры кипения чистых компонентов А и В, tсм – температура кипения смеси. Температура таких смесей постоянна и не зависит от состава раствора.tсм – температура кипения, всегда ниже температур кипения чистых компонентов, составляющих смесь.

Для таких жидкостей, состав пара над кипящей смесью постоянен и не зависит от соотношения компонентов в растворе. В соответствии с законом Дальтона:

. уа = ра/Р=Ра/Р ув = рв/Р=Рв/Р

Следовательно: уа/ув=Ра/Рв=const

Соотношение между количествамиGа и Gв компонентов в парах следующее:

Gа /Gв= уаМа/увМв=РаМа/РвМв= РаМа/(Р-Ра)Мв

Ма и Мв – молекулярные веса компонентов А и В.

28 Физико-химическая сущность процесса ректификации

Идеальными называются смеси, компоненты, не образующие гидратов, сольватов и т.д. Тепловой эффект не выделяется, объемные смеси практически не меняются. Взаимодействующие между собой молекулы А-А, В-В, А-В будут одинаковыми. Поведение идеальной смеси описывается законом Рауля: , Парциальное давление каждого компонента в паре пропорционально его доли в жидкости. Коэффициент пропорциональности — это давление насыщенного пара данного компонента

- закон Дальтона, рассчитываем линию равновесия найдем зависимость ,

Чаще всего, дело приходится иметь с реальными смесями, которые отклоняются от закона Рауля в той или иной степени – это отклонение учитывают, дополнив закон Рауля множителем γ (коэффициент активности). Р= γ ,учитывает степень отклонения. Отклонения могут быть положительными в том случае, когда(Р- )<0 ,а отрицательное (Р- )>0. Поэтому γ может менять знак.

29. Принципиальная технологическая схема непрерывного процесса ректификации