ガス吸収

Chemical Engineering

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Overview

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填したカラムに梱包材、セラミックス、金属、プラスチックなど緩やかなまたは構造化された梱包1です。充填層では、パッキングによって作成された表面領域を使用して、2 つのフェーズ1の間の効率的な接触の最大の量を作成します。システムは、低いメンテナンス、高速大容量転送レート1腐食性物質を処理できます。スプレー列は、定数の直接接触移動ガス、液体ガスの流れ1にダウン散布されていると、2 つのフェーズの間に使用する吸収体の別のタイプです。このシステムは、1 つのステージと貧しい人々 の物質移動速度しか高い液体の溶解度1と溶質のため非常に効果的です。

この実験の目的は、ガス吸収の総括物質移動係数に影響を与えるガス流量、水の流量、炭酸ガス濃度などの変数です。2の CO 除去の影響これらのパラメーターについて最適化する不純物除去ができます。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。8 で実行されます 2 つの異なるガス流量、液流速および CO2濃度の使用します。各実行時に列単位の上部と下部、中央から撮影された分圧と平衡分圧を算出しました。これらの圧力が物質移動係数を見つけるためのおよび物質移動係数の理論値と比較しました。

Cite this Video

JoVE Science Education Database. 化学工学. ガス吸収. JoVE, Cambridge, MA, (2018).

Principles

ガス吸収装置 (図 1) は、液体とガスの混合物から物質を削除するのに連絡先を使用します。質量は吸収を介して液体にガスの混合物から転送されます。

Figure 0
図 1: 典型的なガス吸収塔

総括物質移動係数は、1 つの種の集中が他 (式 1) を 1 つの流体から移動する速度です。

Equation 1(1)

Gsは、式 1、カラムの断面積あたりガスのモル流量、pAgは、CO2分圧、p*Aは p、平衡圧力、界面の面積/体積は、または"効果的なエリア"(充填カラムの機能)、梱包の高さであり、KGで mols 総括物質移動係数は、z/(界面面積 × 圧力 × 時間)。物質移動は各フェーズと界面積吸収で利用可能な量の物質移動係数に依存します。おおよその分圧には、ラウールの法則やヘンリーの法則が適用されます。彼らは、混合物中の成分の分圧を説明、気液平衡関係の限界で混合物の動作を完全に記述するために一緒に使用される 2 つの法律が。ガス吸収塔の目的は、汚染物質の排出圧を制御することです。液体溶媒対流物質伝達を通じて汚染物質を削除するガス流向流を流れ。水対向流充填カラムの総括物質移動はこの研究 CO2ガス濃度、ガスの流れを水の流れの効果を決定するために測定されます。係数は、理論値と比較されます。

Procedure

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

  1. 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
  2. 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。
  3. 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。
  4. 炭酸ガスの流量を開始 〜 4 リットル/分。
  5. 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。
  6. 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。
  7. 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。
  8. 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、floo 排気ガスなどのガス流から汚染物質を削除する使用されます。ガス吸収部はしばしばランダムまたは構造化された梱包材を含む列を使用します。充填剤は、互いにカウンター電流を流れる気体と液体のストリームを利用します。汚染ガスは出口ガスの削減汚染物質、液体ストリームに吸収されます。吸収プロセスは、プロセスを最適化するために検討する必要があります操作のパラメーターに大きく依存します。ここでは、水の中に二酸化炭素の吸収を調べたが行い, 動作パラメーターがどのように分離とシステムの効率に影響を与えます。

ガス吸収装置は、液体溶媒ガスの混合物から物質を削除するのに連絡先を使用します。固まりは平衡に近い 2 つのフェーズで、溶剤にガスの混合物から転送されます。その後、ガスの液相の分離が発生します。吸収体は全体的に素材のバランスはここで示されている、気体と液体の相で A のモル分率が A に組み込まれています、V と L が蒸気と液体の流量をそれぞれ、こうして吸収されるコンポーネントのコンポーネント マテリアル バランス。総括物質移動係数は、1 つの種の集中が他に 1 つの液体から移動する速度です。ここでは、KG 総括物質移動係数、PAG は吸収されてガスの分圧、P 星はヘンリーの法則から平衡圧、物質移動の有効面積は、Z は、パッキングの高さあり GS はあたりガスのモル流量クロス 列の断面。物質移動は各フェーズで、相間エリア電波で利用可能な量の物質移動係数に依存します。ラウールの法則やヘンリーの法則は、液相濃度と平衡分圧を計算に適用されます。次の実験では、水の中にガスの流れからの二酸化炭素を吸収する充填ガス吸収体が使用されます。ガスと水のストリーム底から列を入力し、それぞれトップ カウンター フローを有効にします。入口で炭酸ガスの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。その後、コンセントに二酸化炭素の濃度を測定します。ガス吸収の基本を説明してきた我々 は、今、研究室で装置を実行する方法を見てをみましょう。

このデモで使用する機器は、パックされた対向流ガス吸収列です。列は、34 センチのベッド水深 13 ミリリットル ベレル サドルが満載です。列の出入りでバルブは、赤外分光光度計は気相の CO2 の分圧を測定するために使用されている間、脱出するガスを許可します。実験を開始するには、マスター スイッチをオンにし、列内の水の量を制御するバルブを閉じます。通気弁を完全に開き、カラムの圧力調整弁を開きます。風量を必要なレベルに設定します。毎分 30 リットルの最小値を使用し、必要に応じて増やします。カラムの圧力を約 0.5 圧力調整バルブを使用してバーに設定します。次に、炭酸ガスの流量毎分約 4 リットルで開始し、約 4 リットル毎分で始まるも、水の流量を設定を設定します。タンクに一定水位を維持するために実験を通して水の流れを調整します。サンプルし、ベース、センター、およびラインの圧力計を使用して、列の頭で二酸化炭素濃度を測定します。8 回の実行を実行することにより、実験を繰り返します。2 つの異なるガス流量、液体流量、二酸化炭素濃度、それによってシステムの最も重要な変数の測定を有効にするを使用します。流量が変更されるたびに、定常状態を達成するためにシステムを許可することを確認します。

ガス吸収を実行する方法を示しましたが、今、結果を見てをみましょう。まず、分圧および実行するたび、平衡分圧を計算し、物質移動係数を計算する分圧を使用します。計算結果の値が表示されますここで、三角形として、実線として表示されます、予測値に起因する動作と平衡線を計算しながら。モデル値と平均の物質移動係数の信頼区間は破線でプロットされました。列が気相・液相間界面平衡と定常状態であることを示す、予測値と実際値間の偏差はありませんでした。今、同じ動作条件の下での物質移動係数を比較してみましょう。理論値で緑と青の線として表示されますは、実験データに類似した傾向を示した。ガス料金が高いか低い、かどうかモデルと実験にガス流量が調べた範囲で物質移動係数にほとんど、またはまったく影響を持っていたことを示す、同じ動作します。

最後に、業界でのこの技術のいくつかのアプリケーションを見てをみましょう。充填剤は、大気汚染制御用の装置の最も一般的な作品です。これらのケースで、ガス吸収剤はスクラバーを呼ばれます。スクラバーは、産業ガス、化学プラント、石油精製所、パルプ、製紙プラントからの通気孔から硫酸、硝酸、塩酸などの腐食性ガスを削除する使用されます。溶媒から吸収ガスを削除する操作は、ストリッピングと呼ばれます。ストリッパーは、吸収ガスを回復し、液体の溶剤をリサイクルするために吸振器と組み合わせて使われます。これは、廃棄物の水に窒素・ リンの成分が含まれている場合に特に重要です。この廃棄物の水は、海洋、しかしこれは富栄養化と呼ばれる藻類の過度の成長につながって、どの順番に大きなダメージを与える自然の生態系に直接放出されるに使用されます。ちょうどガス吸収にゼウスの導入を見た。

今、ガス吸収部がガスの流れから不純物を削除する方法、ラボでガス吸収部を実行する方法、および分離を理解するデータを分析を理解する必要があります。見てくれてありがとう!

Results

圧は、各試運転から撮影されました。物質移動係数は、これらから計算され、予測値 (図 2) と比較しました。吸収体は計算される営業線から発生する予測値 (参照 2 営業線の詳細についてを参照してください)。実線は、営業線を使用して、三角形を表す実験的物質移動係数値計算値を表します。モデル値と平均の物質移動係数の信頼区間は破線でプロットされました。これらの値は、総括物質移動係数の実験的パラメーター (液体の流量、ガス流量、CO2分圧) の影響を決定する比較しました。これらの動作条件の下では、液体の流量だけは信頼区間と比較した場合の物質移動に統計的に有意な効果を持っていた。結果、ガスの流量を示したし、組成をフィードは、物質伝達率にほとんど影響を持って 。

Figure 1
図 2: 物質移動係数の予測値と実際値のモデル

理論の KG値高い (30 L/分) と低 (20 L/分) が物質移動係数の相関関係を求めたし、図 3にそれぞれ、青と緑の線として表示されます。様々 な液体の流量で実験 KG値は理論値に対してプロットされ、KGの液体流量依存性の確認と同様の傾向を示した。理論値は、実験値は、実験的なマイナー エラーに起因するからいくつかのバリエーションを示した。

Figure 2
図 3: 理論値と実験値をグラフィカルに表示します

Applications and Summary

この実験の目的は、ガス流量、水の流量、および二酸化炭素濃度の要因を使用して、ガス吸収の総括物質移動係数を確認することだった。実験には、ランダムに充填 GUNT CE 400 水対向流ガス吸収塔が使用されます。8 で実行されます 2 つの異なるガス流量、液の流速と CO2 濃度を行った。分圧は列単位の上部と下部、中央から撮影され、これらの圧力が物質移動係数を探すために使用します。

これらの動作条件の下では、液体流量だけは大量転送指定した条件に対する信頼区間と比較して統計的に重大な影響を持っていた。液相物質移動制御が行えます。CO2濃度、ガス流量などガス関連因子には重要でないでしょう

ガス吸収、塩素3の生産における安全性の重要なメカニズムです。通常の操作中には、ガス吸収は、一貫して発生するリークを扱います。塩素処理の起動は、無料のガス製品を生成するまでに扱われなければなりません。プロセスの故障、吸収体を生産されているガスを治療に使用する必要があります。また、時新しいリーク フォーム、主な緊急対応ユニットはスタンバイ ガス吸収剤です。処理装置は、危険な製品3を扱う場合、安全な環境を作成する動作条件、これらの極めて重要です。

天然ガスを精製・吸収塔がガス相4から天然ガス液体を削除する使用されます。天然ガス液に親和性を持つ吸収油は、製品を浄化気相から液を削除します。天然ガス液とオイルは、ブタン、ペンタン、他の分子などの液体を回復するさらに精製します。オイルは治療のため、再び使用できます。

吸収はまた主要な不純物 CO2と H2S 坑口天然ガス、ガスをパイプラインに変換から削除する使用されます。プロセスは低温で溶剤として水溶液中のアミンまたはグリコールを使用して (通常 < 40 ° C)5

References

  1. Absorbers - Separations: Chemical - MEL Equipment Encyclopedia 4.0. N.p., n.d. Web. 28 Jan. 2017.
  2. Welty, James R., Rorrer, Gregory L., and David G. Foster. Fundamentals of Momentum, Heat, and Mass Transfer. 6th ed. John Wiley & Sons, Inc., Hoboken, NJ, 2015
  3. Chloric Gas Absorption." GEA engineering for a better world. N.p., n.d. Web. 28 Jan. 2017.
  4. NaturalGas.org." NaturalGasorg. N.p., n.d. Web. 28 Jan. 2017.
  5. Fundamentals of Natural Gas Processing, A.J. Kidnay and W.R. Parrish, Taylor and Francis, Boca Raton, 2006.

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

  1. 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
  2. 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。
  3. 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。
  4. 炭酸ガスの流量を開始 〜 4 リットル/分。
  5. 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。
  6. 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。
  7. 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。
  8. 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、floo 排気ガスなどのガス流から汚染物質を削除する使用されます。ガス吸収部はしばしばランダムまたは構造化された梱包材を含む列を使用します。充填剤は、互いにカウンター電流を流れる気体と液体のストリームを利用します。汚染ガスは出口ガスの削減汚染物質、液体ストリームに吸収されます。吸収プロセスは、プロセスを最適化するために検討する必要があります操作のパラメーターに大きく依存します。ここでは、水の中に二酸化炭素の吸収を調べたが行い, 動作パラメーターがどのように分離とシステムの効率に影響を与えます。

ガス吸収装置は、液体溶媒ガスの混合物から物質を削除するのに連絡先を使用します。固まりは平衡に近い 2 つのフェーズで、溶剤にガスの混合物から転送されます。その後、ガスの液相の分離が発生します。吸収体は全体的に素材のバランスはここで示されている、気体と液体の相で A のモル分率が A に組み込まれています、V と L が蒸気と液体の流量をそれぞれ、こうして吸収されるコンポーネントのコンポーネント マテリアル バランス。総括物質移動係数は、1 つの種の集中が他に 1 つの液体から移動する速度です。ここでは、KG 総括物質移動係数、PAG は吸収されてガスの分圧、P 星はヘンリーの法則から平衡圧、物質移動の有効面積は、Z は、パッキングの高さあり GS はあたりガスのモル流量クロス 列の断面。物質移動は各フェーズで、相間エリア電波で利用可能な量の物質移動係数に依存します。ラウールの法則やヘンリーの法則は、液相濃度と平衡分圧を計算に適用されます。次の実験では、水の中にガスの流れからの二酸化炭素を吸収する充填ガス吸収体が使用されます。ガスと水のストリーム底から列を入力し、それぞれトップ カウンター フローを有効にします。入口で炭酸ガスの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。その後、コンセントに二酸化炭素の濃度を測定します。ガス吸収の基本を説明してきた我々 は、今、研究室で装置を実行する方法を見てをみましょう。

このデモで使用する機器は、パックされた対向流ガス吸収列です。列は、34 センチのベッド水深 13 ミリリットル ベレル サドルが満載です。列の出入りでバルブは、赤外分光光度計は気相の CO2 の分圧を測定するために使用されている間、脱出するガスを許可します。実験を開始するには、マスター スイッチをオンにし、列内の水の量を制御するバルブを閉じます。通気弁を完全に開き、カラムの圧力調整弁を開きます。風量を必要なレベルに設定します。毎分 30 リットルの最小値を使用し、必要に応じて増やします。カラムの圧力を約 0.5 圧力調整バルブを使用してバーに設定します。次に、炭酸ガスの流量毎分約 4 リットルで開始し、約 4 リットル毎分で始まるも、水の流量を設定を設定します。タンクに一定水位を維持するために実験を通して水の流れを調整します。サンプルし、ベース、センター、およびラインの圧力計を使用して、列の頭で二酸化炭素濃度を測定します。8 回の実行を実行することにより、実験を繰り返します。2 つの異なるガス流量、液体流量、二酸化炭素濃度、それによってシステムの最も重要な変数の測定を有効にするを使用します。流量が変更されるたびに、定常状態を達成するためにシステムを許可することを確認します。

ガス吸収を実行する方法を示しましたが、今、結果を見てをみましょう。まず、分圧および実行するたび、平衡分圧を計算し、物質移動係数を計算する分圧を使用します。計算結果の値が表示されますここで、三角形として、実線として表示されます、予測値に起因する動作と平衡線を計算しながら。モデル値と平均の物質移動係数の信頼区間は破線でプロットされました。列が気相・液相間界面平衡と定常状態であることを示す、予測値と実際値間の偏差はありませんでした。今、同じ動作条件の下での物質移動係数を比較してみましょう。理論値で緑と青の線として表示されますは、実験データに類似した傾向を示した。ガス料金が高いか低い、かどうかモデルと実験にガス流量が調べた範囲で物質移動係数にほとんど、またはまったく影響を持っていたことを示す、同じ動作します。

最後に、業界でのこの技術のいくつかのアプリケーションを見てをみましょう。充填剤は、大気汚染制御用の装置の最も一般的な作品です。これらのケースで、ガス吸収剤はスクラバーを呼ばれます。スクラバーは、産業ガス、化学プラント、石油精製所、パルプ、製紙プラントからの通気孔から硫酸、硝酸、塩酸などの腐食性ガスを削除する使用されます。溶媒から吸収ガスを削除する操作は、ストリッピングと呼ばれます。ストリッパーは、吸収ガスを回復し、液体の溶剤をリサイクルするために吸振器と組み合わせて使われます。これは、廃棄物の水に窒素・ リンの成分が含まれている場合に特に重要です。この廃棄物の水は、海洋、しかしこれは富栄養化と呼ばれる藻類の過度の成長につながって、どの順番に大きなダメージを与える自然の生態系に直接放出されるに使用されます。ちょうどガス吸収にゼウスの導入を見た。

今、ガス吸収部がガスの流れから不純物を削除する方法、ラボでガス吸収部を実行する方法、および分離を理解するデータを分析を理解する必要があります。見てくれてありがとう!

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