Газовый абсорбер

Газовые абсорберы используются для удаления загрязняющих веществ из газовых потоков, таких как дымовые газы из выхлопных газов. В газопоглотителе используется колонка, часто содержащая случайный или структурированный упаковочный материал. Абсорберы с насадочным слоем используют потоки газа и жидкости, которые протекают против друг друга. Загрязняющий газ поглощается потоком жидкости, что приводит к снижению содержания загрязняющих веществ в выходящем газе. Процесс абсорбции в значительной степени зависит от рабочих параметров, которые необходимо изучить для оптимизации процесса. В этой статье мы исследуем поглощение углекислого газа водой и рассмотрим, как рабочие параметры влияют на разделение и эффективность системы.

Газоабсорбционная установка использует контакт с жидким растворителем для удаления вещества из газовой смеси. Масса переносится из газовой смеси в растворитель, при этом две фазы находятся в равновесии. Затем происходит разделение газожидкой фазы. Здесь показан общий баланс материала для абсорбера, где V и L — скорости потока пара и жидкости соответственно, таким образом, баланс материала компонента для поглощенного компонента А включает молярную фракцию А в паровой и жидкой фазах. Общий коэффициент массопереноса — это скорость, с которой концентрация одного вещества перемещается из одной жидкости в другую. Здесь KG — общий коэффициент массообмена, PAG — парциальное давление поглощаемого газа, звезда P A — равновесное давление по закону Генри, A — эффективная площадь массообмена, Z — высота насадки, а GS — молярный расход газа на поперечное сечение колонны. Массоперенос зависит от коэффициентов массопереноса в каждой фазе и величины межфазной площади, доступной в абсорбере. Закон Генри и закон Рауля применяются для расчета парциальных давлений в равновесии с концентрациями жидкой фазы. В следующем эксперименте для поглощения углекислого газа из газового потока в воду будет использоваться газовый абсорбер с насадочной колонной. Потоки газа и воды поступают в колонну снизу и сверху соответственно, обеспечивая встречный поток. Состав углекислого газа на входе регулируется с помощью клапанов для углекислого газа и воздуха. Затем измеряется концентрация углекислого газа на выходе. Теперь, когда мы обсудили основы поглощения газа, давайте рассмотрим, как использовать устройство в лаборатории.

Оборудование, используемое в данной демонстрации, представляет собой насадочную противоточную газопоглощающую колонну. Колонна упакована 13 миллилитровыми седлами берла на глубине пласта 34 сантиметра. Клапаны на входе и выходе из колонны позволяют газу выходить, в то время как инфракрасный спектрометр используется для измерения парциального давления CO2 в газовой фазе. Чтобы начать эксперимент, включите главный выключатель, затем закройте клапан, используемый для регулирования количества воды в колонне. Полностью откройте клапан воздушного потока и откройте регулирующий клапан для давления в столбе. Установите скорость воздушного потока на нужный уровень. Используйте минимум 30 литров в минуту, затем увеличивайте по желанию. Установите давление в колонке примерно на 0,5 бар с помощью регулирующего клапана для давления. Затем установите скорость потока углекислого газа, начиная примерно с четырех литров в минуту, затем установите скорость потока воды, также начиная примерно с четырех литров в минуту. Регулируйте расход воды на протяжении всего эксперимента, чтобы поддерживать постоянный уровень воды в аквариуме. Отбирайте пробы и измеряйте требуемую концентрацию углекислого газа в основании, центре и в начале колонны с помощью встроенных манометров. Повторите эксперимент, выполнив восемь запусков. Используйте два различных расхода газа, расход жидкости и концентрацию углекислого газа, что позволяет определить наиболее важные переменные в системе. Убедитесь, что система переходит в устойчивое состояние при изменении расхода.

Теперь, когда мы продемонстрировали, как осуществлять поглощение газа, давайте посмотрим на результаты. Сначала рассчитайте парциальные давления и равновесные парциальные давления для каждого прогона, а затем используйте парциальные давления для расчета коэффициентов массообмена. Рассчитанные значения показаны здесь в виде треугольников, в то время как прогнозируемые значения, показанные в виде сплошной линии, получаются в результате вычисления операционных линий и линий равновесия. Пунктирными линиями были нанесены доверительные интервалы для значений модели и среднего коэффициента массопереноса. Отклонения между прогнозируемыми и фактическими значениями не наблюдалось, что свидетельствует о том, что колонна находится в устойчивом состоянии с равновесием на границе раздела между жидкой и газовой фазами. Теперь сравним коэффициенты массопереноса при одинаковых условиях эксплуатации. Теоретические значения, обозначенные зеленой и синей линиями, показали схожие тенденции с экспериментальными данными. Независимо от того, был ли расход газа высоким или низким, модель и эксперимент ведут себя одинаково, показывая, что расход газа практически не влиял на коэффициент массопереноса в исследуемых диапазонах.

Наконец, давайте рассмотрим некоторые применения этой технологии в промышленности. Насадочные поглотители являются наиболее распространенным оборудованием, используемым для контроля загрязнения воздуха. В этих случаях газопоглотители часто называют скрубберами. Скрубберы используются для удаления коррозионных испарений, таких как серная кислота, азотная кислота и соляная кислота, из промышленных газов и вентиляционных отверстий химических заводов, нефтеперерабатывающих заводов и целлюлозно-бумажных комбинатов. Операция по удалению поглощенного газа из растворителя называется отпариванием. Стрипперы часто используются в сочетании с абсорберами для рекуперации поглощенного газа и рециркуляции жидкого растворителя. Это особенно важно, когда сточные воды содержат азотные и фосфорные компоненты. Раньше эти сточные воды сбрасывались непосредственно в океаны, однако это приводило к чрезмерному росту водорослей, называемому эвтрофикацией, что, в свою очередь, нанесло серьезный ущерб природным экосистемам. Вы только что посмотрели введение Юпитера в технологию поглощения газов.

Теперь вы должны понять, как поглотитель газа удаляет примеси из газового потока, как использовать поглотитель газа в лаборатории и как анализировать данные, чтобы понять разделение. Спасибо за просмотр!