смесь продуктов, находящихся в равновесии, независимо от мате риального баланса установки. Поддержание постоянства материаль ного баланса любого процесса массообмена в случае двухфазной системы, как правило, упрощается. При этом исключается одна переменная, что уменьшает число регулирующих величин на единицу.
Основным регулируемым параметром в процессах массообмена обычно является состав получаемого продукта, что требует в каждом конкретном случае своего анализатора. Часто процессы массообмена успешно регулируют по такому параметру, как плотность продукта. Иногда, например прп .сушке материала, вообще нецелесообразно применять анализаторы, так как регулирование процесса достаточно хорошо может быть обеспечено по другим параметрам.
Абсорбция, десорбция п увлажнение
Назначение процессов абсорбции и десорбции заключается в разделении и извлечении максимального числа компонентов, содержащихся в походном газовом потоке, что наиболее эффективно
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
достигается |
в |
несколько |
ста |
|
|
|
дии, |
поэтому |
такие |
процессы |
|
|
|
обычно |
проводятся в |
тарельча |
|
|
|
тых |
и |
иасадочных |
колоннах. |
|
|
|
Процессы увлажнения |
и |
обез |
|
|
|
воживания |
аналогичны |
процес |
|
|
|
сам абсорбции и десорбции и |
|
|
|
протекают |
в одну |
стадию. |
|
|
|
Абсорбция. |
Абсорбционная |
|
|
|
колонна |
работает |
аналогично |
|
|
|
укрепляющей |
части |
ректифи |
|
|
|
кационной |
колонны. |
Исходная |
|
|
|
смесь |
в |
виде |
газов |
или |
паров |
|
|
|
поступает |
в |
куб |
колонны, |
Рпс. X I 1 - 1 . |
Схема |
регулирования про |
а обедненный |
газ |
отводится |
сверху |
колонны. |
Схема |
регу |
|
цесса |
абсорбции. |
лирования |
абсорбера |
с |
посту |
пающими |
и выходящими потоками |
приведена на |
рис. X I I - 1 (про |
писными буквами обозначены мольные скорости основного абсорби руемого компонента в соответствующих потоках, а строчными — его мольная доля).
Регулированию в процессе абсорбции подлежат расходы паровой и жидкой фазы, проходящих через абсорбер. Скорость подачи сырья в паровой (газовой) фазе является нагрузкой абсорбера.
Для регулирования состава обедненного газа на выходе из абсор бера изменяют расход абсорбента L . Температура и давление влияют на процесс абсорбции. Для проведения процесса абсорбции с макси мальной скоростью абсорбент должен подаваться в абсорбер при возможно низкой температуре, а давление в абсорбере должно поддерживаться иа высоком уровне.
Уравнение общего материального баланса абсорбера имеет вид:
а уравнение материального баланса по абсорбируемому компоненту
Fz+Lw^Vy |
+ Bx |
( X I I , 2 ) |
Если другие компоненты, находящиеся в паровой фазе не абсорби руются, то можно составить еще одно уравнение материального баланса
Из трех последних уравнений найдем зависимость между рас ходом абсорбента L и остальными параметрами процесса абсорбции:
F (x — w) (1 — у)
По уравнению ( X I I , 4 ) можно определить расход абсорбента L , требуемый для поддержания на постоянном уровне одного из пара метров процесса — у или х. Уравнение ( X I I , 4 ) сходно с уравнением системы регулирования с прямой связью для ректификации бинар ной смеси. Для процесса абсорбции (как и для процесса ректифи кации) существует взаимосвязь между параметрами у и х для одной ступени контакта. Отметим, что отношение L / F представляет собой основную регулирующую величину процесса абсорбции, которая зависит от состава исходной смеси.
Абсорбция обычно не является процессом топкой очистки ве ществ и почти никогда не бывает последней ступенью их обработки. Следовательно, качественное регулирование состава каждого выхо дящего потока не обязательно и анализаторы на выходных трубо проводах обычно не устанавливаются. Более важно при проведении процесса абсорбции обеспечить минимальные потери (например, потери вещества Vy) или суммарные производственные затраты. Для
этого может быть |
применена система оптимального регулирования |
с прямой связью, |
приведенная в главе V I I I . |
Десорбция. В процессе десорбции абсорбированный компонент удаляется из абсорбента. Процесс десорбции может проводиться и самостоятельно с целью выделения более легких компонентов или растворенных газов из жидкости.
Десорбциопная колонна работает подобно нижней части ректи фикационной колонны. Компоненты смеси испаряются в кипятиль нике и в паровой фазе проходят вверх по колонне, причем быстрее
|
|
|
|
|
|
|
проходят |
более низкокипящие компоненты. |
Пар конденсируется |
в |
конденсаторе и в виде флегмы поступает на |
орошение |
колонны. |
В |
противном случае абсорбент будет уноситься |
из колонны |
вместе |
с |
десорбируемыми |
парами. |
|
|
|
|
Схема |
регулирования колонны, предназначенной для |
удале |
ния легколетучих |
примесей, содержащихся в |
жидком |
продукте, |
приведена на рис. |
X I I - 2 . Исходная смесь в колонну обычно |
|
подается |
ближе к верхней |
части для |
получения продукта высокой |
чистоты. |
Регулирование |
расходов |
пара и жидкости, проходящих |
по ко |
лонне, обеспечивается путем воздействия на оба выходные потока. Регулирование состава 'продукта на выходе достигается изменением подачи тепла в кипятильник колонны по температуре на контрольной тарелке, расположенной ближе к кубу колонны. Это необходимо для установления в кубе колонны температуры, равной температуре кипения жидкого продукта.
Рпс. ХП-2. Схема регулирования процесса десорбции.
В схеме регулирования дес,орбера, приведенной на рис. ХП - 2, регулятор температуры используется для регулирования соотно шения между подачей тепла в колонну и расходом сырья. В линии сигнала, пропорционального расходу исходной смеси, устанавли вают элемент инерционного запаздывания, так как изменение подачи греющего пара в кипятильник быстрее воздействует на температуру контрольной тарелки абсорбера, чем изменение расхода сырья.
Если десорбер работает совместно с абсорбером, то целевым продуктом является пар, сконденсированный в конденсаторе. При этом кубовый продукт десорбера, предварительно охлажденный, рециркулирует в абсорбер. Технологическая схема процесса абсорб ции — десорбции, предназначенная для разделения смеси из дву окиси углерода и водорода, приведена на рис. ХП-З. В качестве абсорбента используется раствор моноэтаноламина (МЭА).
Регулирование концентрации С 0 2 в МЭА, выходящем из куба десорбера, очень важно, так как наличие С 0 2 в абсорбенте заметно влияет на равновесный состав газа, уходящего с верхней тарелки абсорбера. Понижение температуры раствора МЭА перед его подачей в абсорбер интенсифицирует процесс абсорбции. Обычно эта темпера-
тура не регулируется. В заключение отметим, что абсорбер работает при более высоком давлении, чем десорбер.
Увлажнение. Процессы увлажнения и обезвоживания приме
няются в тех случаях, когда требуется |
поддерживать |
постоянное |
вла го содержание воздуха в объеме. |
Как |
указывалось |
ранее, эти |
процессы обычно проводятся в одну ступень контакта. |
Регулиро |
вание этих процессов несложно. |
|
|
|
В градирнях процессы увлажнения проводятся с целью рас |
сеивания больших количеств тепла |
в атмосферу. Капли нагретой |
воды, падая навстречу потоку атмосферного воздуха, частично испаряются, в результате чего температура воды понижается, а воз дух увлажняется до насыщенного состояния.
Существует несколько различных методов измерения влажности газа. Влажность определяют по температуре мокрого термометра, по точке росы, а также приборами с чувствительным волосяным элементом, реагирующим на изменение относительной влажности. Более надежны влагомеры, использующие явление изменения элек тропроводности гигроскопической соли с изменением в ней влагосодержанпя.
Рпс. ХП-З. Схема регулирования процесса абсорбции — десорбции:
1 — абсорбер; 2 — десорбер.
При выборе типа влагомера для регулирования технологического процесса необходимо учитывать особенности последнего. В част ности, влагосодержанпе сыпучих материалов в изотермических про цессах может быть определено по относительной влажности омываю щего их газа, а в адиабатических процессах по температуре мокрого термометра. Во всех случаях наиболее точно влагосодержанпе может быть определено путем измерения абсолютной влажности.
Регулирование процесса увлажнения воздуха в распылительной камере (рис. X I I - 4 ) обеспечивается изменением количества пода ваемого в камеру тепла или воздуха. При поступлении в распыли тельную камеру очень сухого воздуха изменяют только его расход. Тепло в камеру извне при этом не подают.
