Принципиальные схемы экстракции

Схема абсорбции с рециркуляцией жидкости.

Содержание СО2.

Атмосфера - 2,30¹² т - 0,03% об.

Гидросфера - 1,40¹⁴ т - растворимость CО₂ в воде:

0°С - 0,335 % масс.

20°С - 0,169%масс.

Литосфера - 5,50¹⁶ т - кальцит, доломит, мрамор / CaСO₃/.

Переход CО₂

Атмосфера Гидросфера Литосфера

- осадок абсорбция фитопланктон

хемосорбция

При увеличении содержания СО₂ в воздухе возрастает концентрация СО₂ в поверхностном слое океана. Это активизирует деятельность Фитопланктона /мелкие ракообразные/, который за счет хемосорбции с ионом Са переводит угольную кислоту в кальцит.

Вторым существенным поглотителем углекислого газа является зеле­ная растительность на поверхности Земли. Таким образом, увеличение содержания углекислого газа в атмосфере приводит к активизации дея­тельности поглощения, что возвращает систему в состояние прежнего равновесия.

Основными источниками углекислого газа на Земле являются вулканы и биомасса.

Влияние деятельности человека.

Ежегодно человечеством добивается 4 0⁹ т углерода.

При сжигании углерода образуется 1,4 0¹⁰ т углекислого газа.

При отсутствии поглощения прибавка CO₂ в атмосфере составит

0,00018 % об. или 1/167 доля от общего содержания /0,03%/.

Какая концентрация CО₂ в атмосфере необходима для начала парни­кового эффекта, никто толком не знает.

Человек может выдержать содержание углекислого газа в воздухе до 4 % об. Признаки отравления: шум в ушах, головная боль.

Углекислый газ утилизируется из дымовых газов по схеме: охлаждение - хемосорбция раствором щелочи - выделение соды - прокали­вание с образованием углекислого газа - компремирование - умеренное охлаждение - сухой лед / используется для мороженого/.

Принципиальные схемы абсорбции

1. Прямоток.

Схема установки и диаграмма У-Х представлены на рис. 231.

Рис. 231. Схема аппарата а/ и диаграмма У-Х, б/ для прямоточной абсорбции.

Расход абсорбента

Удельный расход абсорбента

В пределе , тогда удельный расход абсорбента будет

минимальным

Однако в этом случае движущая сила процесса будет равна нулю, колонна должна иметь бесконечно больше размеры, что нереально.

Оптимальный удельный расход абсорбента определяют на основе

технико-экономического расчета. Довольно часто принимают

2. Противоток

Схема аппарата и диаграмма У-Х представлены на рис. 232.

Рис.232. Схема аппарата а/ и диаграмма У-Х б/ для противоточной

абсорбции.

Расход абсорбента

Из рис. 231 и 232 видно, что , тогда , т.е противоток обеспечивает меньший расход абсорбента, это является реша­ющим преимуществом его применения.

Из рис. 231 и 232 также следует, что средняя движущая сила

, т.е. противоток обеспечивает меньшую движущую силу. По основному уравнению массопередачи поверхность контакта фаз .

Следовательно, противоток будет иметь большие габариты аппарата.

Рециркуляция жидкости всегда предпочтительна, когда возникает необходимость отводить теплоту адсорбции. В этом случае в цепь рециркуляции включают промежуточный холодильник. Схема установки и диаграмма У-Х представлены на рис. 233.

Движущая сила процесса будет еще меньше, чем в противотоке.

Для извлечения поглощенного компонента применяется десорбция, Последняя может следовать cpaзу же за абсорбцией, как это показано на рис. 234, 235.

Для более полного извлечения компонента из газовой фазы применяют многоступенчатую абсорбцию / рис. 236, 237/.

КОНСТРУКЦИИ АБСОРБЕРОВ

1. Поверхностные.

2. Плёночные.

3. Насадочные.

4. Тарельчатые.

5. С подвижной шаровой насадкой.

6. Распыливающие.

7. Ротационные.

8. Барботажные.

9. Барботажные с механическим перемешиванием и др.

Некоторые конструкции абсорберов представлены на рис. 238-283. Наиболее высокоинтенсивным / с точки зрения массообмена/ считается форсуночный абсорбер Вентури. Скорость газа в горловине аппарата составляет 60-160 м/с. Однако аппарат имеет высокое гидравлическое сопротивление до 25000 Па /рис, 275/.

Рис. 233. Cxeмa абсорбции с рециркуляцией жидкости /а/ и изоб­ражение процесса на диаграмме У -X /б/.

1.Абсорбер, процесс в котором сопровождается выделением тепла. 2.Промежуточная емкость. 3.Насос. 4.Холодильник.

Рис. 234.Схемы изотермической абсорбции при повышенном давлении с реге­нерацией абсорбента понижением давления/а/ и понижением давления с последующей продувкой инертным газом /б/. Изображение процессов на диаграмме У-Х / в/. 1.Абсорбер, работающий при повышенном давлении. 2.Редукционный вентиль. 3.Расширительный сосуд /экспанзер/ для выделения растворенного газа при пониженной давлении. 4.Десорбер для отдувки дополнительного количества растворенного газа инертным газон. 5.Насос.  

Рис. 235.Схема абсорбционной ус­тановки с регенерацией поглотителя десорбцией при повышенной темпера­туре. 1.Абсорбер. 2.Десорбер /регене­ратор раствора/ 3.Теплообменник. 4.Холодильник. 5.6.Промежуточные сборники, 7.Насосы.  

 

Рис. 236. Схема противоточной многоступенчатой ус­тановки с последователь­ным соединением абсор­беров и промежуточным охлаждением жидкости. 1. Абсорберы. 2.Промежуточные сборники. 3.Насосы. 4.холодиль­ники.

Рис. 237. Схема противоточной многоступенча­той абсорбционной установки с рецир­куляцией жидкости по ступеням и с регенерацией погло­тителя.

1.Абсорбер. 2-4.Сборники. 5-7.Насосы. 8.Теплообмен­ник. 9.Десорбер /регенератор раствора/. 10.Холодильники.

Рис. 238. Абсорбер с горизонтальными /S -образными/ трубами, например, кварцевыми или керамическими при абсорбции хлористого водорода водой.

1. Элемент абсорбера. 2. Опорная конструкция.

Рис. 239. Кожухотрубчатый пленочный абсорбер с отводом

выделяющегося тепла.

Рис. 240. Пленочный абсорбер с листовой /плоскопараллельной/ насадкой:

а -схема устройства; б -разрез аппарата. 1. Пакет листов с поверхностями, орошаемыми пленкой жидкости. 2.Приспособление для равномерного распределения жидкости /распределительное устройство/. 3.Перераспределительное устройство. 4.Подвод жидкости.

Рис. 241. Распределительное устройство для колонны с листовой насадкой /поз. 2 на рис.А-3 /.

1.Оросительная коробка с ниппелями.

2,3,4.Колосники из пластин; ряды колосников уложены крест-накрест.

5. Листы насадки.

Рис. 242. Пленочный абсорбер с восходящим движением жидкости:

а - одноступенчатый абсорбер; б - двухступенчатый абсорбер с прямотоком фаз на каждой ступени, но с противотоком по аппарату в целом; в -схема движения фаз на выходе из труб; г -схема движения фаз на входе в трубы.

1.Трубы /по их внутренней поверхности поднимающийся газ увлекает жидкость в виде пленки /.

2.Трубные решетки.

3.Брызгоотбойники.

4.Распределительные патрубки.

Рис. 243. Насадочные абсорберы:

а -со сплошным слоем насадки;

б -с послойной загрузкой насадки.

1.Цилиндрический корпус колонны /ча­сто

футерованный изнутри/. 2.Насадка.

3.Распределитель орошающей жидкости.

4.Решетки, поддерживающие насадку

/ло­жные днища/ 5.Перераспределитель

жид­кости. 6.Гидравлический затвор,

пред­отвращающий выход газа с жидкостью

Рис. 244. Насадка из колец Рашига: а -отдельное кольцо; б -кольца навалом /в засыпку/; в -упорядоченная загрузка /рядами, смещенными в шахматном порядке /.

Рис. 245. Колонна с насадкой из колец Рашига навалом. Обозначения, как на рис.А-6; 7-Сетка,предотвращающая подбрасы­вание насадки при вы­соких скоростях газа.

  Рис. 246. Некоторые фасонные насадки: а - кольцо с вырезами и внутренними выступами /кольцо Палля/; б - седлообразная насадка; в - кольца с крестообразными пе­регородками; г - кольца с внутренними спиралями; д - пропел­лерная насадка; е - керамические блоки; ж - деревянная хор­довая насадка.  

Рис. 247. Некоторые типы перераспределителей жидкости

между слоями насадки: а - конусный; б - патрубковый; в - конусный с патрубками.

Рис. 248. Распределительные плиты:

а – с затопленными от­верстиями,

б - с затопленными отверстиями и газовыми пат­рубками, в — со свободным сливом: 1 - решетка; 2 - патрубки для жидкости; 3 - патрубки для газа.

Рис. 249. Распределительные

Рис.252. Тарельчатые разбрызгива­тели: а - с тарелкой с бортами; б - с та­релкой без бортов; в – многотарельчатый

Рис. 253. Брызгалки: а - цилиндрическая; б - полушаровая; в - щелевая.

Рис. 254. Орошение насадки через правильно уложенные кольца.

1.Подвод орошения. 2.Основной слой

насадки из колец в укладку.

3.Небольшой слой крупных колец навалом.

желоба со свобод­ный сливом.

Рис. 250. Ороситель типа

сегнерова колеса.

1.Вращающаяся дырчатая тру­ба.

2.Подпятник.

Рис. 251. Центробеж­ный разбрыз­гиватель.

См. следующую страницу.

Рис. 255. Нормализованная

колонна с насад­кой /а/,

пере­распределительная /б/ и

распределительная /в/ тарелки,

и опорная решетка /г/.

/начало cм. Предыдущую страницу/

Техническая характеристика перераспределительной тарелки /б/.

Колонный ппарат	Тарелка	Вес тарелки (ориентировочный), кг
Диаметр D, мм	жидкостной патрубок
Внутренний диаметр Dк, мм	Площадь сечения Fк, м	диаметр d, мм	количество n, шт.	шаг p, мм	из углеродис- той стали	из кислото- стойкой стали
	0,126		25×2				11,5
	0,196				15,5
	0,283
	0,503		45×2,5
	0,785
	1,13
	1,54

Примечание: Технические характеристики тарелок внутренним диаметром D_к более 1400 мм см. по действующим нормалям.

Pис. 256. Устройство колпачковых тарелок с капсульными колпач­ками:

а - колонна с тарелками; б - две соседние тарелки; в - капсульный колпачок;

г - формы капсульных колпачков.

1.Тарелки. 2.Газовые /паровые/ патрубки. 3.Круглые колпачки.

4. Переточные перегородки /или/ трубы/ с порогами.

5.Гидравлические затворы. 6.Корпус колонны.

Рис. 257. Устройство тарелок с туннельными колпачкам. 1.Тарелки. 2.Газовые /паровые/ патрубки. 3.Прямоугольные кол­пачки. 4.Переточные перегородки /или трубы/ с порогами. 5.Гид­равлические затворы. 6.Корпус колонны.

Рис. 258. Устройство ситчатых переточных тарелок:

а - колонка с тарелками; б- две соседние тарелки.

1.Тарелки /перфорированные листы /. 2.Переточные перегородки/или трубы/ с порогами. 3.Гидравлические затворы. 4.Корпус колонны.

Рис. 259. Устройство тарелок без переливов /провальных тарелок/:

а - колонна с провальными тарелками; б - две соседние дырчатые провальные тарелки.

Рис. 260. Типы провальных тарелок:

а - дырчатая; б- решетчатые; в - волнистая; г - трубчатые.

1. Щели. 2.Трубы. 3.Перфорированный лист. 4.Кол­лекторы.

Рис.261. Колонна с перфорирован­ными тарелками со змеевиками для охлажде­ния жидкости водой или иным хладоагентом. Та­релки могут быть про­вальные или переточные. 1.Пакет змеевиков. 2.Дырчатая тарелка. 3. Корпус колонны. 4.Лаз. 5.Брызгоотбойник.

Рис. 262. Комбинированная колпачково –

ситчатая тарелка, позво­ляющая расширить

рабочий диапазон нагрузок по газу /пару/.

1.Туннельные колпачки. 2.Перфориро­ванный лист.

  Рис. 263.Устройство клапанных та­релок: а - две соседние тарелки с круглыми клапанами /при разных нагрузках по газу - открыто разное число клапанов/. б - принцип работы клапана. 1.Тарелка. 2.Клапан. 3.Переточная перегородка с порогом. 4.Гидравлический затвор. 5.Корпус колонны. 6.Диск клапана. 7.0граничители подъема клапана.  

Рис. 264. Круглый клапан с нижним ограничителем подъема. 1.Диск клапана. 2.Полотно тарелки. 3.Отверстие в тарелке диаметром d₀. 4.Отогнутые короткие ножки - ограничите­ли движения клапана вниз. 5.Длинные ножки-ограничители подъема клапана.  

Рис. 265. Круглые клапаны с верхним ограничителем/а/ и с балластом/б/.

1.Дисковый клапан. 2.Ограничитель. 3.Балласт.

Рис. 266. Устройство направленноточных чешуйчатых тарелок: а - схема потоков газа /пунктир/ и жидкости /сплошные стрелки/ на двух соседних тарелках; б -типы чешуй /арок/.

Рис. 267. Схема потоков газа /пунктир/ и жидкости /сплошные стрелки/ на направленноточных пластин­чатых /жалюзийных/ тарелках.

1.Гидравлический затвор. 2.Переливная перегородка. 3.Тарелка. 4.Пластины. 5.Сливной карман.

Рис. 268. Схема потоков газа и жидкости/а/ и форма прорезей/б/ на секторных направленноточных тарелках /тарелках Киттеля/.

Рис. 269. Струйная направленноточная тарелка/1/ с

брызгоотбойниками/2/.

При изготовлении тарелок и

брызгоотбойников в ме­таллических

листах дольют прорези и рас­тягивают листы.

Рис. 270. Основные размеры струйной тарелки, изображенной на рис. А-48, по ГОСТ 16453-70.

Рис. 271. Колонна с подвижной шаровой насадкой, а - одноступенчатый аппарат; б - две со­седние дырчатые тарелки /они могут быть переточные или провальные/ многоступен­чатого аппарата.

1.Опорная тарелка. 2. Шаровая насадка. 3.Ог­раничительная тарелка. 4.Оросительное ус­тройство. 5.Брызгоотбойник.

Рис. 272. Устройство полых распиливающих абсорберов:

а - вертикального с верхним распылом жидкости; б - вертикаль­ного с распылом жидкости по высоте аппарата; в - горизонталь­ного с перекрестным током.

1.Корпус. 2.Форсунки. 3. Коллектор орошающей жидкости. 4. Брызгоотбойник. 5.Газораспределительная решетка.

Рис. 273. Разрез полой колонны с распыливанием жидкости.

Рис. 274. Циклонный распыливающий абсорбер.

1.Центральная труба. 2.Форсунки. 3.Отражательный диск. 4.Раскручиватель потока газа.

Рис. 275. Форсуночные абсорберы Вентури:

а,б - с периферийным и с центральным вводами жидкости соответственно.

1.Горловина. 2. Центробежный брызгоуловитель циклонного типа.

3. Диффузор. 4. Конфузор. 5.Отверстия в горловине /а/ или форсунка /б/ для ввода жидкости.

Рис. 276. Безфорсуночные абсорберы Вентури: а - с эжекцией жидкости; б - с пленочным орошением. 1.Корпус. 2.Сепаратор. 3.Цир­куляционная труба. 4.Гидрав­лический затвор.

    Рис. 277.Устройство мно­гоступенчатой абсорбционной колонны из труб Вентури. 1.Корпус. 2.Трубы Вентури для распыления жидкости потоком газа. З.Брызгоотбойники. 4.Перетоки жидкости.

Рис. 278.Абсорбционные устройства сразбрызгиванием жидкости вал-. ками лопастно­го типа/а/ и дисками /б/. 1.Вращающиеся валы. 2.Лопасти /а/ или диски /б/. 3.Перего­родки.

Рис. 279. Абсорберы с одновальным дисковым/а/ и

мно­говальным /б/ разбрызгивателями жидкости.

1.Корпус. 2.Валы. 3.Ситчатые диски/а/ или рифлёные валки/б/. 4.Пере­городки.

Рис. 280. Абсорберы с высоким барботажным слоем:

Рис. 281. Барботажный кожухотрубный абсорбер с отводом тепла. 1.Циркуляционная труба. 2.Барботажные трубы. 3.Отверстия для входа газа. 4.Кольцевая перего­родка.

а - полая колонна; б - полая колонна, секционированная по высоте;

в - колонна с затопленной насадкой.

1.Распределитель газа. 2.Гидравлический затвор, обеспечивающий затопление

колонны. 3.Дырчатые секционирующие перегородки/б/ и опора под насадку /в/.

4.Насадка.5.Сетка, фиксирующая насадку.

Рис. 282. Устройство барботажных абсорберов с механическим пе-

ремешиванием:

а - с вводом газа через барботер; б - с самовсасыванием газа мешалкой с полым валок, изготовленной из трубы.

Рис. 283. Аппарат с высоким барботажным слоем с двумя мешалками /1/ по высоте /верхняя - самовсасывающая/

и со змеевиком/2/ для отвода или подвода тепла.

ЭКСТРАКЦИЯ

Экстракция - процесс извлечения растворенного в одной жидкости вещества другой жидкостью, или извлечение одного или нескольких ком­понентов из твердых тел с помощью избирательных растворителей / вода, кислоты, щелочи/. Последний процесс / в системе твердое тело - жидкость/ часто называют выщелачиванием и рассматривают отдельно.

Экстракция в системе жидкость-жидкость широко применяется для разделения жидких однородных смесей /конкурент ректификации/. Досто­инством экстракции является применение низких рабочих температур/ обычно нормальная температура/ и более полное разделение по сравнению с другими видами массообмена.

В процессе экстракции /система жидкость-жидкость/ взаимодействуют две жидкие фазы, нерастворимые или частично растворимые друг в друге. Врезультате взаимодействия получают:

экстракт - раствор компонента /вещества/ в растворителе,

рафинат - остаточный раствор вещества в другой жидкой фазе.

Дата добавления: 2013-12-12