ガス吸収
ソース: マイケル g. ベントンとケリー ・ m ・ ドゥーリー、工業化学科、ルイジアナ州立大学、バトン ルージュ, ルイジアナ
ガス吸収体は、ガス流から汚染物質を削除する使用されます。複数の設計は、1この目的を達成するために使用されます。充填層列使用ガスと液体ストリームにより、カウンター互いを充…
実験は、ランダムにパックされた水対向流ガス吸収塔を使用します。列は、465 m2/m3表面 (有効) 面積 13 mm ベレル サドルの 34 cm が満載です。システムに入る圧力が約 26 ° C の温度で約 1.42 バー入口弁し、列の出口をエスケープするガスを許可します。「酸素の赤ちゃん」赤外線分光装置、様々 な場所でユニットに直接接続対策ガス組成、純粋なガスのタンクがキャリブレーションのため使用されます。
1. ガス吸収部を営業
- マスター スイッチをオンにし、列内の水の量を制御するために使用調整バルブ
- 完全に空気バルブを開くし、カラムの圧力調整バルブします。
- 必要なレベル (20 L/分の増加に応じて最小使用)、空気流量を設定し、カラムの圧力を設定 〜 圧力バルブの 1.4 のバー、25 ° C の調整の使用します。
- 炭酸ガスの流量を開始 〜 4 リットル/分。
- 水の流れを設定 〜 75 L/h と一定の高さを維持するために水のレベルを調整します。微調整必要に応じて一定の高さを確保するため実行中。
- ベース ・ センター ・圧力タップを使用して列と赤外線分光計の頭で CO2分圧をサンプルします。
- 2 つの異なるガス流量、液体流量と CO2濃度を使用して 8 つの異なる実行を実行します。これは最も重要な変数の測定を有効にします。
- 任意の流量が変更されるとき、定常状態を達成するためにシステムを許可します。これは 30-45 分をとります。
ガス吸収器は、排気ガスからのフローガスなど、ガス流から汚染物質を除去するために使用されます。ガス吸収体は、多くの場合、ランダムまたは構造化された充填剤を含むカラムを使用します。パックベッドアブソーバーは、互いに逆流するガスと液体の流れを利用します。汚染物質ガスは液体の流れに吸収されるため、出口ガス中の汚染物質が減少します。吸収プロセスは動作パラメータに大きく依存し、プロセスを最適化するために検討する必要があります。ここでは、二酸化炭素の水への吸収を調査し、動作パラメータがシステムの分離と効率にどのように影響するかを調べます。
ガス吸収ユニットは、液体溶剤との接触を使用して、ガス混合物から物質を除去します。質量はガス混合物から溶媒に移され、2つの相は平衡状態になります。その後、気液相の分離が起こります。ここには、吸収器の全体的な材料収支が示されており、VとLはそれぞれ蒸気と液体の流量であるため、吸収された成分Aの成分材料収支には、気相と液相のAのモル分率が組み込まれています。全体的な物質移動係数は、1つの種の濃度が1つの流体から別の流体に移動する速度です。ここで、KG は全体の物質移動係数、PAG は吸収されるガスの分圧、P 星 A はヘンリーの法則による平衡圧力、A は物質移動有効面積、Z は充塡剤の高さ、GS はカラムの断面積あたりのガスモル流量です。物質移動は、各相の物質移動係数と、吸収体で利用可能な位相間領域の量に依存します。ヘンリーの法則とラウルトの法則を適用して、液相濃度と平衡状態の分圧を計算します。次の実験では、パックドカラムガス吸収器を使用して、ガス流から水に二酸化炭素を吸収します。ガスと水の流れは、それぞれ下部と上部からカラムに入り、カウンターフローを可能にします。入口の二酸化炭素組成は、二酸化炭素と空気のバルブを使用して制御されます。次に、出口内の二酸化炭素の濃度が測定されます。さて、ガス吸収の基本について説明したので、研究室で装置を動かす方法を見ていきましょう。
このデモンストレーションで使用する装置は、パックされた向流ガス吸収塔です。コラムには、ベッドの深さ34cmに13ミリリットルのバールサドルが詰め込まれています。カラムの入口と出口にあるバルブはガスを逃がし、赤外線分光計を使用して気相中のCO2の分圧を測定します。実験を開始するには、マスタースイッチをオンにしてから、カラム内の水の量を制御するために使用するバルブを閉じます。エアフローバルブを完全に開き、カラム圧力の調整バルブを開きます。エアフローレートを希望のレベルに設定します。毎分最低30リットルを使用し、必要に応じて増やします。圧力調整バルブを使用して、カラム圧力を約0.5バールに設定します。次に、二酸化炭素の流量を毎分約4リットルから設定し、次に水の流量を毎分約4リットルから設定します。実験中の水流を調整して、タンク内の水位を一定に保ちます。インライン圧力計を使用して、カラムの基部、中央、およびヘッドで必要に応じて二酸化炭素濃度をサンプリングおよび測定します。8回実行して実験を繰り返します。2つの異なるガス流量、液体流量、および二酸化炭素濃度を使用して、システム内の最も重要な変数を決定できます。流量が変更されるたびに、システムが定常状態を達成できるようにしてください。
ガスの吸収方法を示したので、結果を見てみましょう。まず、各実行の分圧と平衡分圧を計算し、次に分圧を使用して物質移動係数を計算します。ここでは計算値が三角形で示されていますが、実線で示されている予測値は、動作線と平衡線の計算から生じます。モデル値の信頼区間と平均質量移動係数は破線でプロットされました。予測値と実際の値の間に偏差はなく、カラムが液相と気相の界面で平衡状態にある定常状態にあることを示しています。それでは、同じ操作条件下での物質移動係数を比較してみましょう。緑と青の線で示されている理論値は、実験データと同様の傾向を示しました。ガスレートが高いか低いかにかかわらず、モデルと実験は同じように動作し、ガス流量が調査した範囲の物質移動係数にほとんどまたはまったく影響を与えなかったことを示しています。
最後に、このテクノロジーの産業界でのいくつかのアプリケーションを見てみましょう。パックベッドアブソーバーは、大気汚染防止に使用される最も一般的な機器です。このような場合、ガス吸収器はしばしばスクラバーと呼ばれます。スクラバーは、化学プラント、石油精製所、パルプ・製紙プラントの工業用ガスや通気口から、硫酸、硝酸、塩酸などの腐食性ガスを除去するために使用されます。吸収されたガスを溶剤から除去する操作は、ストリッピングと呼ばれます。ストリッパーは、吸収されたガスを回収し、液体溶剤をリサイクルするために、吸収剤と組み合わせて使用されることがよくあります。これは、廃水に窒素とリンの成分が含まれている場合に特に重要です。この廃水はかつては直接海に排出されていましたが、その結果、富栄養化と呼ばれる藻類が過剰に増殖し、自然生態系に深刻な被害を与えていました。あなたはちょうどジョーブのガス吸収の紹介を見ました。
これで、ガス吸収器がガス流から不純物を除去する方法、ラボでガス吸収器を実行する方法、および分離を理解するためのデータの分析方法を理解できるようになったはずです。ご覧いただきありがとうございます!
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Q1: What is a gas absorber and how does it remove contaminants?
A gas absorber removes contaminants from gas streams using a column containing packing material where gas and liquid streams flow counter-current to each other. The contaminant gas is absorbed into the liquid solvent through mass transfer, reducing the contaminant concentration in the exit gas. This process depends on operating parameters like flow rates and gas composition to optimize separation efficiency.
Q2: How does counter-current flow improve gas absorption efficiency?
Counter-current flow, where gas enters from the bottom and liquid from the top, maximizes the concentration gradient between phases throughout the column. This arrangement ensures continuous contact between gas and liquid streams, promoting efficient mass transfer. The opposing flow directions maintain driving force for absorption across the entire column height, enhancing overall contaminant removal.
Q3: What role does the mass transfer coefficient play in absorption?
The overall mass transfer coefficient determines the rate at which a substance transfers from gas to liquid phase. It depends on mass transfer coefficients in each phase and the interfacial area available in the absorber. Higher mass transfer coefficients indicate faster absorption rates, making this parameter critical for predicting and optimizing separation performance in packed bed columns.
Q4: What packing materials are used in gas absorbers and why?
Gas absorbers use random or structured packing materials such as ceramics, metals, and plastics to create maximum surface area for gas-liquid contact. These materials, like berl saddles, increase the interfacial area available for mass transfer while maintaining low pressure drop. Packed beds are low maintenance, handle corrosive materials effectively, and achieve high mass transfer rates compared to other absorber designs.
Q5: How do operating parameters affect gas absorber performance?
Operating parameters including gas flow rate, liquid flow rate, and inlet contaminant concentration significantly influence absorption efficiency and mass transfer coefficients. Experimental studies show that varying these parameters affects the rate of contaminant removal and system separation capability. Understanding these relationships enables optimization of the absorption process for specific industrial applications and waste stream compositions.
Q6: What are industrial applications of gas absorption technology?
Packed bed absorbers, called scrubbers in industrial settings, remove corrosive fumes like sulfuric acid, nitric acid, and hydrochloric acid from chemical plants, oil refineries, and pulp mills. Strippers recover absorbed gases and recycle solvents, preventing waste water containing nitrogen and phosphorus from causing eutrophication in ecosystems. This technology is the most common equipment for air pollution control in industry.
Q7: How is equilibrium determined in gas absorption systems?
Equilibrium between gas and liquid phases is determined using Henry's Law and Raoult's Law to calculate partial pressures. At the gas-liquid interface, the partial pressure of the absorbed gas in the vapor phase relates to its concentration in the liquid phase through these thermodynamic relationships. Measuring partial pressures at different column heights allows calculation of mass transfer coefficients and verification of steady-state operation.