Amortiguador de gas

Chemical Engineering

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Overview

Fuente: Michael G. Benton y Kerry M. Dooley, Departamento de ingeniería química, Universidad Estatal de Louisiana, Baton Rouge, LA

Amortiguadores de gas se utilizan para eliminar los contaminantes de los flujos de gas. Múltiples diseños se utilizan para lograr este objetivo1. Un lecho empacado columna utiliza gas y líquido arroyos que contador mutuamente en una columna repleta de materiales de embalaje, tales como cerámica, metales y plásticos, sueltas o estructurado embalaje1. La cama embalada utiliza superficie creada por el embalaje para crear un máximo de contacto eficiente entre las dos fases1. Los sistemas son de bajo mantenimiento y pueden manejar materiales corrosivos con tasas de transferencia de masa alta1. Columnas de pulverización son otro tipo de amortiguador, que utiliza constante contacto directo entre las dos fases, con gas al mover hacia arriba y el líquido se rocía hacia abajo en el flujo de gas1. Este sistema sólo tiene una etapa y las tasas de transferencia de masa de pobres, pero es muy eficaz para solutos con alta solubilidad líquido1.

El objetivo de este experimento es determinar cómo las variables como el caudal de gas, caudal y concentración de dióxido de carbono afectan el coeficiente de transferencia de masa en general de un amortiguador de gas. Entender cómo estos parámetros afectan la remoción de CO2 permite eliminación de contaminantes a ser optimizado. El experimento utiliza una columna de absorción de gas de contracorriente al azar lleno de agua. Ocho se ejecuta con dos diferentes tasas de flujo de gas, caudales líquidos y concentraciones de CO2 fueron utilizadas. Durante cada recorrido, las presiones parciales se tomaron de la parte inferior, media y superior de la unidad de columna, y se calcularon las presiones parciales de equilibrio. Estas presiones fueron utilizadas para encontrar el coeficiente de transferencia de masa, y los coeficientes de transferencia de masa se compararon con valores teóricos.

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JoVE Science Education Database. Ingeniería química. Amortiguador de gas. JoVE, Cambridge, MA, (2018).

Principles

Una unidad de absorción de gas (Figura 1) utiliza el contacto con un líquido para eliminar una sustancia de una mezcla de gas. Masa se transfiere de la mezcla de gas al líquido por medio de absorción.

Figure 0
Figura 1 : Columna de absorción de gas típico.

El coeficiente de transferencia de masa total es la tasa a la que la concentración de una especie se mueve de un líquido a otros (ecuación 1).

Equation 1(1)

En la ecuación 1, Gs es el flujo molar de gas por el área transversal de la columna, pAg es la presión parcial de CO2, p*A la presión en equilibrio con pAg, una es el área superficial/volumen o " área eficaz"(una función del embalaje de la columna), z es la altura del embalaje, y KG es el coeficiente de transferencia de masa global en moles / (presión x área interfacial x tiempo). Transferencia de masa depende de los coeficientes de transferencia de masa en cada fase y la cantidad de área interfacial disponible en el amortiguador. Ley de Henry o la ley de Raoult se aplica para aproximar las presiones parciales. Son dos leyes que describen la presión parcial de un componente en una mezcla y se usan para describir completamente el comportamiento de la mezcla en los límites de la relación de equilibrio vapor-líquido. El objetivo de una columna de absorción de gas es para el control de la presión parcial del efluente de contaminante. Un líquido disolvente fluye a contracorriente al flujo de gas para eliminar el contaminante a través de transferencia de masa convectiva. La transferencia de masa total de una columna empaquetada de contraflujo de agua se mide en este estudio para determinar los efectos de la concentración de CO2 gas, flujo de agua y flujo de gas. Los coeficientes se compararán luego con valores teóricos.

Procedure

El experimento utiliza una columna de absorción de gas de contracorriente al azar lleno de agua. La columna está llena de 34 cm de sillas de berl de 13 mm con 465 m2/m3 superficie (eficaz). La presión en el sistema es aproximadamente 1.42 bar a una temperatura de unos 26 ° C y válvulas en la entrada y salida de la columna que escape el gas. Un espectrómetro "Oxy Baby" Infra-rojo, directamente conectado a la unidad en varios lugares, medidas de composición de gas y tanques de gas puro se utilizan para la calibración.

1. funcionamiento del amortiguador de Gas

  1. Apague en el maestro y cerrar la válvula reguladora que se utiliza para controlar la cantidad de agua en la columna
  2. Abra completamente la válvula de flujo de aire y el ajuste de la válvula de presión de la columna.
  3. Fijar el caudal de aire hasta el nivel deseado (uso de un mínimo de 20 L/min y aumentar según sea necesario) y ajuste la presión de la columna a ~ 1,4 bar y 25° C utilizando el ajuste de la válvula de presión.
  4. Iniciar el flujo de dióxido de carbono en ~ 4 L/min.
  5. Ajuste el flujo de agua en ~ 75 L/h y ajustar el nivel de agua para mantener una altura constante. Ajustar si es necesario durante la ejecución para asegurarse de altura constante.
  6. La presión parcial del CO2 en la base, centro y cabeza de la columna usando que golpecitos de la presión y el espectrómetro infrarrojo de la muestra.
  7. Realizar ocho pruebas diferentes, utilizando dos tasas de flujo de gas diferentes caudales líquidos y concentraciones de CO2 . Esto permitirá la determinación de las variables más importantes.
  8. Permite el sistema para alcanzar el estado estacionario cuando se altera cualquier caudal. Esto por lo general toma 30-45 min.

Amortiguadores de gas se utilizan para eliminar los contaminantes de los flujos de gas, como gas de flu de un escape. Un amortiguador de gas utiliza una columna que a menudo contienen material de empaque aleatorio o estructurado. Lecho empacado amortiguadores utilizan flujos de gas y líquido que fluyen contracorriente uno al otro. El gas contaminante se absorbe en el flujo de líquido, dando por resultado la reducción de contaminantes en los gases de salida. El proceso de absorción depende fuertemente de los parámetros de funcionamiento, que deben ser estudiados para optimizar el proceso. Aquí, vamos a investigar la absorción de dióxido de carbono en el agua y examinar cómo los parámetros de funcionamiento afectan a la separación y la eficiencia del sistema.

Una unidad de absorción de gas utiliza contacto con un líquido disolvente para eliminar la sustancia de una mezcla de gases. Masa se transfiere de la mezcla de gas al disolvente, con las dos fases cerca de equilibrio. Entonces, se produce la separación de la fase líquida del gas. A continuación se muestra el balance de materiales en general para el amortiguador, donde V y L son el vapor y líquido caudales respectivamente, por lo tanto el balance de materiales del componente del componente absorbido A incorpora la fracción molar de la A en la fase de vapor y líquido. El coeficiente de transferencia de masa total es la tasa a la que la concentración de una especie se mueve de un fluido a otro. Aquí, KG es el coeficiente de transferencia de masa en general, PAG es la presión parcial del gas absorbida, A estrellas de P es la presión de equilibrio de la ley de Henry, A es el área efectiva de transferencia de masa, Z es la altura del embalaje, y GS es la tasa de flujo molar de gas por Cruz seccional de la columna. Transferencia de masa depende de los coeficientes de transferencia de masa en cada fase y la cantidad de área interphasial en el amortiguador. Ley de Henry y ley de Raoult se aplican para calcular las presiones parciales en equilibrio con las concentraciones de la fase líquida. En el siguiente experimento, se utilizará un amortiguador de gas de la columna embalada para absorber dióxido de carbono de una corriente de gas en el agua. Las corrientes de agua y gas entrar en la columna de la parte inferior y superior respectivamente, lo que permite flujo de contador. La composición del bióxido de carbono en la entrada se controla mediante válvulas de aire y dióxido de carbono. Luego se mide la concentración de dióxido de carbono en la toma de corriente. Ahora que hemos analizado los fundamentos de la absorción de gases, echemos un vistazo a cómo manejar el aparato en el laboratorio.

El equipo utilizado en esta demostración es una columna de absorción de gas contracorriente lleno. La columna está lleno de sillas de montar de berl 13 mililitros a una profundidad de cama de 34 centímetros. Las válvulas de entrada y salida de la columna que el gas escape, mientras que un espectrómetro de infrarrojos se utiliza para medir la presión parcial de CO2 en la fase gaseosa. Para comenzar el experimento, encienda el interruptor principal y, a continuación, cierre la válvula usada para controlar la cantidad de agua en la columna. Abra completamente la válvula de flujo de aire y abra la válvula reguladora de presión de la columna. Ajustar la velocidad de flujo de aire al nivel deseado. Utilizar un mínimo de 30 litros por minuto, y luego aumentar según se desee. Ajuste la presión de la columna a unos 0.5 bar usando la válvula reguladora de presión. A continuación, establece la tasa de flujo de dióxido de carbono a partir de cerca de cuatro litros por minuto, luego fijar el caudal de agua, también a partir de cerca de cuatro litros por minuto. Ajustar el flujo de agua durante todo el experimento para mantener un nivel constante de agua en el tanque. De la muestra y medir la concentración de dióxido de carbono como se desee en la base, centro y cabeza de la columna usando los medidores de presión en línea. Repetir el experimento realizando ocho carreras. Uso dos gases diferentes caudales caudales líquidos y concentraciones de dióxido de carbono, lo que permite la determinación de las variables más importantes en el sistema. Asegúrese de que el sistema alcanzar el estado estacionario cuando se altera un caudal.

Ahora que hemos demostrado cómo llevar a cabo la absorción de gases, echemos un vistazo a los resultados. En primer lugar, calcular presiones parciales y presiones parciales de equilibrio para cada serie, entonces utilice las presiones parciales para calcular los coeficientes de transferencia de masa. Los valores calculados se muestran aquí como triángulos, mientras que los valores predichos, se muestra como la línea, surgen las líneas de funcionamiento y equilibrio de la computación. Intervalos de confianza para los valores del modelo y el coeficiente de transferencia de masa promedio se trazaron con líneas entrecortadas. No hubo ninguna desviación entre los valores predichos y reales, demostrando que la columna es en estado estacionario con equilibrio en la interfase entre las fases líquido y gas. Ahora, vamos a comparar los coeficientes de transferencia de masa en las mismas condiciones de funcionamiento. Los valores teóricos, que se muestra como las líneas verdes y azul, mostraron tendencias similares a los datos experimentales. Si la tasa de gas era alto o bajo, el modelo y el experimento comportan del mismo, mostrando que la tasa de flujo de gas tenía poco o ningún efecto en el coeficiente de transferencia de masa en las gamas de examinado.

Por último, echemos un vistazo a algunas aplicaciones de esta tecnología en la industria. Amortiguadores de lecho empacado son la pieza más común de equipo usado para el control de la contaminación de aire. En estos casos, amortiguadores de gas se suelen llamar lavadores de gases. Lavadores de gases son utilizados para eliminar los gases corrosivos como ácido sulfúrico, ácido nítrico y ácido clorhídrico de gases industriales y respiraderos de plantas químicas, refinerías de petróleo y pulpa y papel plantas. La operación de quitar el gas absorbido desde el solvente se llama stripping. Strippers a menudo se utilizan junto con los amortiguadores con el fin de recuperar el gas absorbe y recicla el disolvente líquido. Esto es especialmente importante cuando el agua residual contiene componentes de nitrógeno y fósforo. Esta agua residual solía ser expulsados directamente en los océanos, sin embargo, esto condujo a un crecimiento excesivo de algas, llamado eutrofización, que a su vez severamente dañado los ecosistemas naturales. Sólo ha visto la introducción de Zeus para absorción de gases.

Ahora debe entender como un amortiguador de gas elimina impureza de una corriente de gas, cómo ejecutar un amortiguador de gas en el laboratorio y cómo analizar los datos para entender la separación. ¡Gracias por ver!

Results

Presiones parciales se tomaron de cada ensayo. Coeficientes de transferencia de masa se calcula a partir de estos y en comparación con los valores predichos (figura 2). Los valores predichos se presentan desde la línea de operación calculada para el amortiguador (ver referencia 2 para una discusión detallada de la línea de funcionamiento). Líneas sólidas representan los valores calculados utilizando la línea de trabajo, mientras que los triángulos representan los valores del coeficiente de transferencia de masa experimental. Intervalos de confianza para los valores del modelo y el coeficiente de transferencia de masa promedio se trazaron con líneas entrecortadas. Estos valores se compararon para determinar cómo los parámetros experimentales (tasa de flujo de líquido, caudal de gas y presión parcial de CO2 ) afectaron el coeficiente de transferencia de masa en general. Bajo estas condiciones de funcionamiento, tasa de flujo de líquido sólo tuvo un efecto estadísticamente significativo sobre la transferencia de masa en comparación con el intervalo de confianza. Los resultados demostraron ese caudal de gas y alimentación composición no tenían poco o ningún efecto sobre el coeficiente de transferencia de masa.

Figure 1
Figura 2 : Modelo de los valores predichos y reales del coeficiente de transferencia de masa de.

Valores teóricos de KG para alto (30 L/min) y baja (20 L/min) se calcula a partir de correlaciones del coeficiente de transferencia de masa y se muestran como líneas azul y verdes, respectivamente, en la figura 3. Los valores experimentales de KG en una variedad de tasas de flujo de líquido se enfrenta a los valores teóricos y mostraron tendencias similares, verificación de la dependencia de KG de caudal líquido. Los valores teóricos mostraron cierta variación de los valores experimentales, atribuibles al menor error experimental.

Figure 2
Figura 3 : Una representación gráfica del valor experimental en comparación con los valores teóricos de.

Applications and Summary

El objetivo de este experimento era utilizar factores de caudal de gas, caudal y concentración de dióxido de carbono para determinar el coeficiente de transferencia de masa en general de un amortiguador de gas. El experimento utiliza al azar GUNT CE 400 agua contracorriente gas absorción columna empaquetada. Ocho se ejecuta con dos diferentes velocidades de flujo de gas, caudales líquidos y concentraciones de CO2 se realizaron. Presiones parciales fueron tomadas de la parte inferior, media y superior de la unidad de columna, y estas presiones fueron utilizadas para encontrar el coeficiente de transferencia de masa.

Bajo estas condiciones, sólo la tasa de flujo líquido tuvo un efecto estadístico significativo en la transferencia de masa en comparación con el intervalo de confianza para las condiciones dadas. El proceso es la transferencia de masa líquido fase controlada. Factores relacionados con el gas como el CO2 concentración y caudal de gas no tendrá poca o ninguna importancia.

Absorción de gases es un mecanismo importante para la seguridad en la producción de cloro3. Durante el funcionamiento normal, amortiguadores de gas tratan cualquier fuga que ocurre constantemente. La puesta en marcha de una operación de cloro debe ser tratado hasta que produzca un producto libre de gas. En caso de avería en el proceso, amortiguadores deben utilizarse para tratar el gas que se ha producido. Además, cuando nueva forma de fugas, la unidad de respuesta de emergencia principal es los amortiguadores de gas espera. Unidades de tratamiento son de vital importancia en estas condiciones de funcionamiento, ya que ayudan a crear un ambiente seguro cuando se trata de un producto peligroso3.

Al refinamiento de gas natural, torres de absorción se utilizan para eliminar líquidos de gas natural de la fase de gas4. Un aceite absorbente con una afinidad a líquidos de gas natural elimina el líquido de la fase gaseosa, purificar el producto. El aceite con líquidos de gas natural entonces se purifica aún más para recuperar los líquidos, tales como butano, pentanos y otras moléculas. El aceite puede utilizarse otra vez para tratamiento.

La absorción también se utiliza para quitar las impurezas principales CO2 y H2S gas de manantial natural, conversión para gas de la tubería. El proceso utiliza aminas acuosas o glicoles como solventes a temperaturas bajas (típicamente < 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.

El experimento utiliza una columna de absorción de gas de contracorriente al azar lleno de agua. La columna está llena de 34 cm de sillas de berl de 13 mm con 465 m2/m3 superficie (eficaz). La presión en el sistema es aproximadamente 1.42 bar a una temperatura de unos 26 ° C y válvulas en la entrada y salida de la columna que escape el gas. Un espectrómetro "Oxy Baby" Infra-rojo, directamente conectado a la unidad en varios lugares, medidas de composición de gas y tanques de gas puro se utilizan para la calibración.

1. funcionamiento del amortiguador de Gas

  1. Apague en el maestro y cerrar la válvula reguladora que se utiliza para controlar la cantidad de agua en la columna
  2. Abra completamente la válvula de flujo de aire y el ajuste de la válvula de presión de la columna.
  3. Fijar el caudal de aire hasta el nivel deseado (uso de un mínimo de 20 L/min y aumentar según sea necesario) y ajuste la presión de la columna a ~ 1,4 bar y 25° C utilizando el ajuste de la válvula de presión.
  4. Iniciar el flujo de dióxido de carbono en ~ 4 L/min.
  5. Ajuste el flujo de agua en ~ 75 L/h y ajustar el nivel de agua para mantener una altura constante. Ajustar si es necesario durante la ejecución para asegurarse de altura constante.
  6. La presión parcial del CO2 en la base, centro y cabeza de la columna usando que golpecitos de la presión y el espectrómetro infrarrojo de la muestra.
  7. Realizar ocho pruebas diferentes, utilizando dos tasas de flujo de gas diferentes caudales líquidos y concentraciones de CO2 . Esto permitirá la determinación de las variables más importantes.
  8. Permite el sistema para alcanzar el estado estacionario cuando se altera cualquier caudal. Esto por lo general toma 30-45 min.

Amortiguadores de gas se utilizan para eliminar los contaminantes de los flujos de gas, como gas de flu de un escape. Un amortiguador de gas utiliza una columna que a menudo contienen material de empaque aleatorio o estructurado. Lecho empacado amortiguadores utilizan flujos de gas y líquido que fluyen contracorriente uno al otro. El gas contaminante se absorbe en el flujo de líquido, dando por resultado la reducción de contaminantes en los gases de salida. El proceso de absorción depende fuertemente de los parámetros de funcionamiento, que deben ser estudiados para optimizar el proceso. Aquí, vamos a investigar la absorción de dióxido de carbono en el agua y examinar cómo los parámetros de funcionamiento afectan a la separación y la eficiencia del sistema.

Una unidad de absorción de gas utiliza contacto con un líquido disolvente para eliminar la sustancia de una mezcla de gases. Masa se transfiere de la mezcla de gas al disolvente, con las dos fases cerca de equilibrio. Entonces, se produce la separación de la fase líquida del gas. A continuación se muestra el balance de materiales en general para el amortiguador, donde V y L son el vapor y líquido caudales respectivamente, por lo tanto el balance de materiales del componente del componente absorbido A incorpora la fracción molar de la A en la fase de vapor y líquido. El coeficiente de transferencia de masa total es la tasa a la que la concentración de una especie se mueve de un fluido a otro. Aquí, KG es el coeficiente de transferencia de masa en general, PAG es la presión parcial del gas absorbida, A estrellas de P es la presión de equilibrio de la ley de Henry, A es el área efectiva de transferencia de masa, Z es la altura del embalaje, y GS es la tasa de flujo molar de gas por Cruz seccional de la columna. Transferencia de masa depende de los coeficientes de transferencia de masa en cada fase y la cantidad de área interphasial en el amortiguador. Ley de Henry y ley de Raoult se aplican para calcular las presiones parciales en equilibrio con las concentraciones de la fase líquida. En el siguiente experimento, se utilizará un amortiguador de gas de la columna embalada para absorber dióxido de carbono de una corriente de gas en el agua. Las corrientes de agua y gas entrar en la columna de la parte inferior y superior respectivamente, lo que permite flujo de contador. La composición del bióxido de carbono en la entrada se controla mediante válvulas de aire y dióxido de carbono. Luego se mide la concentración de dióxido de carbono en la toma de corriente. Ahora que hemos analizado los fundamentos de la absorción de gases, echemos un vistazo a cómo manejar el aparato en el laboratorio.

El equipo utilizado en esta demostración es una columna de absorción de gas contracorriente lleno. La columna está lleno de sillas de montar de berl 13 mililitros a una profundidad de cama de 34 centímetros. Las válvulas de entrada y salida de la columna que el gas escape, mientras que un espectrómetro de infrarrojos se utiliza para medir la presión parcial de CO2 en la fase gaseosa. Para comenzar el experimento, encienda el interruptor principal y, a continuación, cierre la válvula usada para controlar la cantidad de agua en la columna. Abra completamente la válvula de flujo de aire y abra la válvula reguladora de presión de la columna. Ajustar la velocidad de flujo de aire al nivel deseado. Utilizar un mínimo de 30 litros por minuto, y luego aumentar según se desee. Ajuste la presión de la columna a unos 0.5 bar usando la válvula reguladora de presión. A continuación, establece la tasa de flujo de dióxido de carbono a partir de cerca de cuatro litros por minuto, luego fijar el caudal de agua, también a partir de cerca de cuatro litros por minuto. Ajustar el flujo de agua durante todo el experimento para mantener un nivel constante de agua en el tanque. De la muestra y medir la concentración de dióxido de carbono como se desee en la base, centro y cabeza de la columna usando los medidores de presión en línea. Repetir el experimento realizando ocho carreras. Uso dos gases diferentes caudales caudales líquidos y concentraciones de dióxido de carbono, lo que permite la determinación de las variables más importantes en el sistema. Asegúrese de que el sistema alcanzar el estado estacionario cuando se altera un caudal.

Ahora que hemos demostrado cómo llevar a cabo la absorción de gases, echemos un vistazo a los resultados. En primer lugar, calcular presiones parciales y presiones parciales de equilibrio para cada serie, entonces utilice las presiones parciales para calcular los coeficientes de transferencia de masa. Los valores calculados se muestran aquí como triángulos, mientras que los valores predichos, se muestra como la línea, surgen las líneas de funcionamiento y equilibrio de la computación. Intervalos de confianza para los valores del modelo y el coeficiente de transferencia de masa promedio se trazaron con líneas entrecortadas. No hubo ninguna desviación entre los valores predichos y reales, demostrando que la columna es en estado estacionario con equilibrio en la interfase entre las fases líquido y gas. Ahora, vamos a comparar los coeficientes de transferencia de masa en las mismas condiciones de funcionamiento. Los valores teóricos, que se muestra como las líneas verdes y azul, mostraron tendencias similares a los datos experimentales. Si la tasa de gas era alto o bajo, el modelo y el experimento comportan del mismo, mostrando que la tasa de flujo de gas tenía poco o ningún efecto en el coeficiente de transferencia de masa en las gamas de examinado.

Por último, echemos un vistazo a algunas aplicaciones de esta tecnología en la industria. Amortiguadores de lecho empacado son la pieza más común de equipo usado para el control de la contaminación de aire. En estos casos, amortiguadores de gas se suelen llamar lavadores de gases. Lavadores de gases son utilizados para eliminar los gases corrosivos como ácido sulfúrico, ácido nítrico y ácido clorhídrico de gases industriales y respiraderos de plantas químicas, refinerías de petróleo y pulpa y papel plantas. La operación de quitar el gas absorbido desde el solvente se llama stripping. Strippers a menudo se utilizan junto con los amortiguadores con el fin de recuperar el gas absorbe y recicla el disolvente líquido. Esto es especialmente importante cuando el agua residual contiene componentes de nitrógeno y fósforo. Esta agua residual solía ser expulsados directamente en los océanos, sin embargo, esto condujo a un crecimiento excesivo de algas, llamado eutrofización, que a su vez severamente dañado los ecosistemas naturales. Sólo ha visto la introducción de Zeus para absorción de gases.

Ahora debe entender como un amortiguador de gas elimina impureza de una corriente de gas, cómo ejecutar un amortiguador de gas en el laboratorio y cómo analizar los datos para entender la separación. ¡Gracias por ver!

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