Абсорбция. Предотвращение источников техногенной чрезвычайной ситуации

ВВЕДЕНИЕ 

На промышленных предприятиях приходиться осуществлять не только разделение растворов на составляющие их компонентов, но и процессы разделения газовых и паровых  смесей. 

Для разделения газовых и паровых смесей чаще всего используют сорбционные процессы. В основе сорбционных процессов лежит избирательная способность к поглощению отдельных компонентов смеси. 

Сорбция - поглощение газов, паров и растворенных веществ  твердыми телами и жидкостями. Виды сорбции: 

- адсорбция; 

- абсорбция; 

- хемосорбция; 

- капиллярная  конденсация. 

Адсорбция - процесс  поглощения одного или нескольких компонентов  из газовой смеси или раствора твердым веществом - адсорбентом. 

Абсорбция - процесс  поглощения паров или газов из газовых или паро-газовых смесей жидкими поглотителями - абсорбентами. 

Хемосорбция - поглощение одного вещества другими, сопровождающиеся химической реакцией (поглощение аммиака  водой, поглощение влаги и кислорода  металлами). 

Капиллярная конденсация - паров в микропористых сорбентах (она происходит вследствие того, что давление паров над вогнутым мениском жидкости в смачиваемых ею узких капиллярах меньше, чем давление насыщенного пара над плоской поверхностью жидкости при той же температуре). 

Смесь паров  или газов, направляемых на абсорбцию  или адсорбцию называют абсорбтивом или адсорбтивом, а вещества используемые как поглотитель называют абсорбентом или адсорбентом. 

Рекуперация - метод  улавливания или выделения органических растворителей с целью их повторного использования. 

Процессы абсорбции  применяются для: 

- извлечения  ценных компонентов из газовых  смесей; 

- санитарной  очистки выпускаемых в атмосферу  отходящих газов от сернистого  ангидрида; 

- как основная  технологическая стадия ряда  важнейших производственных процессов  (например: абсорбция серного ангидрида в производстве серной кислоты и т.д.). 

Абсорбенты обладают свойством селективности (изберательности) (каждый абсорбент лучше всего  поглощает какие-то определенные газы и пары; другие составляющие газовой  смеси им не поглощаются совсем или  поглощаются незначительно. 

Движущей силой, обуславливающей растворение газа или пара в абсорбенте, является разность концентраций его в растворе и над жидкостью (если концентрация в газовой фазе компонента, который  улавливает, больше, чем в жидкости, значит идет процесс растворения, в противном случае поглощенный компонент будет выделяться из абсорбента). 

Равновестность  этой системы при постоянных давлении и температуре определяется законом  Генри, в соответствии с которым  растворимость газа пропорциональна его парциальному давлению над жидкостью: 

где: Ха - молярная концентрация газа; 

- коэфициент  Генри, зависящий от свойств  газа и жидкости;  

Ра - парциальное  давление газа над жидкостью. 

Процессы абсорбции, как правило, экзотермичны. Выделяющееся тепло будет повышать температуру процесса, что вызывает снижение поглотительной способности жидкости и условия абсорбции будут ухудшаться. С повышением давления растворимость газа в жидкости увеличивается, следовательно условия абсорбции будут улучшаться. Оптимальные условия ведения процесса абсорбции: 

- пониженная  температура; 

- повышенное  давление. 

Аппараты, в которых  осуществляется процесс абсорбции, называется абсорберами или скруберами.  

Типы абсорбентов: 

- насадочные; 

- тарелочные; 

- барботажные; 

- распыливающие, разбрызгивающие. 

Конструктивно они мало чем отличаются от ректификационных колонн соответствующего типа. 

Процесс обратного  извлечения из абсорбента уловленного  компонента (процесс десорбции) осуществляется по разному: 

- из раствора - ректификацией; 

- из нестойкого  химического соединения - путем нагревания  или окисления. 

1. Краткое описание  производственного процесса 

Из смеси паров  и газов необходимое вещество можно выделить используя метод  абсорбции. При улавливании паров  этилового спирта из этилена в качестве абсорбента используется вода. 

Ниже дано описание производственного процесса абсорбционной  установки. 

Поступающая на установку по линии 1 смесь пара и  газа (этилен с парами этилового  спирта) с начальным давлением 6 МПа  подвергается охлаждению до температуры 10С в водяных кожухотрубчатых холодильниках 2. Предварительное сжатие и охлаждение начальной смеси обеспечивается в последующем более эффективным улавливанием паров из смеси газов. Из холодильника 2 смесь пара и газа поступает в два последовательно соединённых абсорбера 3. Абсорберы представляют собой вертикальные цилиндрические аппараты, внутренний объём которых заполнен насадкой в виде керамических колец. В верхнюю часть последнего по ходу газа абсорбера насосом 12 подаётся регенерированный и охлаждённый в холодильнике 14 поглотитель-абсорбент - вода. Абсорбент, проходя абсорберы навстречу движению газа, поглощает из него пары бензина или спирта и в виде насыщенного раствора поступает в сборник 16. Очищенный от пара газ (природный или этилен) выходит из последнего абсорбера по линии 4 и поступает в компрессор 7, сжимается до давления необходимого для дальнейшей его переработки. Сжатый газ по линии 8 отводится из компрессорной станции. 

Насыщенный абсорбент  из ёмкости 16 насосом 15 подаётся на разделение (десорбцию) в ректификационную колонну 5. Перед поступлением на десорбцию абсорбент подогревается до температуры кипения в подогревателе 13. Ректификационная колонне 5 имеет колпачковые тарелки. Рабочее давление в колонне приведено в табл.1, температура в верхней части колонны равна температуре кипения удавливаемой жидкости (этилового спирта), температура в нижней части колонны равна температуре кипения применяемого абсорбента (воды). Нижняя часть колонны имеет подогреватели.  

Теплоносителем подогревателей ректификационной колонны 5 и подогревателя насыщенного абсорбента 13 является водяной пар. 

В ректификационной колонне 5 из абсорбента отгоняются поглощённые  им из начальной смеси пары этилового  спирта. Отогнанный, из абсорбента пар выходит из верхней части колонны и поступает на конденсацию к охлаждение в конденсатор-холодильник 6. Поглощённый конденсат этилового спирта с температурой 20 оС поступает в емкость ректификата 10. Из ёмкости 10 часть жидкости насосом 11 подается в качестве флегмы на орошение ректификационной колонны 5, остальная часть отводится на склад в ёмкости готовой продукции. 

Все основные аппараты технологической схемы размещены  на открытой площадке. Колонные аппараты (абсорберы, ректификационные колонны) и непосредственно связанные с ними аппараты, расположены на трёхэтажной, металлической этажерке, имеющей две двухмаршевые лестницы. Холодильники, подогреватели и промежуточные емкости расположены на отдельных площадках. Площадки имеют по периметру бортики высотой 15 см для защиты от растекания разлившейся жидкости. 

Параметры работы аппаратов приведены в табл. 1 и 2. 
 

Табл.1 Исходные данные об аппаратах, оборудовании и  помещении 

Позиция 

на рис.1. 

Наименование  оборудования 

Режим работы 

Размеры  
 

Р, МПа 

t, оС 

d или l, м 

h, м  

1 

Линия подачи на абсорбцию 

0,6 

20 

- 

-  

2 

Холодильник газа кожухатрубчатый 

0,6 

10 

0,8 

5  

3 

Абсорберы 

0,5 

15 

1,5 

30  

4 

Линия подачи газа к компрессору 

0,45 

15 

- 

-  

5 

Десорбер (ректификационная колонна) 

0,46 

170 

2,5 

32  

6 

Конденсатор-холодильник  кожухотрубчатый 

0,15 

20 

0,8 

5  

7 

Компрессор газовый 

2,4 

50 

- 

-  

8 

Линия сжатого  газа 

2,4 

50 

- 

-  

9 

Межступенчатый  холодильник 

2,4 

50 

- 

-  

10 

Приемник уловленного  продукта 

0,12 

15 

3 

8  

11 

Насос центробежный для подачи орошения 

0,6 

15 

- 

-  

12 

Насос для подачи абсорбента в холодильник 

0,6 

- 

- 

-  

13 

Подогреватель насыщенного абсорбента 

0,4 

170 

0,8 

5  

14 

Холодильник абсорбента 

0,6 

15 

0,3 

5  

15 

Насос для подачи абсорбента на ректификацию 

0,4 

20 

- 

-  

16 

Сборник насыщенного  абсорбента 

0,4 

20 

2 

6  
 
 

Табл.2 Исходные данные об оборудовании, подлежащем анализу  техногенной опасности 
 

№ оборудования 

исходные данные 

значение  
 

абсорбер 

Давление, МПА   

0.11  
 

Температура среды, оС  

110  
 

Диаметр, м  

2  

Высота, м 

24  

Паровой объем, % 

80  

Защита от давления 

Нет  

Средства тушения 

Нет  
 
 

Позиция 

на рис. 1 

Исходные данные 

Последняя цифра  зачетной книжки  
 

0