Pobieranie prezentacji. Proszę czekać

Pobieranie prezentacji. Proszę czekać

Inżynieria Chemiczna i Procesowa Absorpcja Wykład nr 18 : Procesy stopniowane. Absorpcja i Ekstrakcja.

Podobne prezentacje


Prezentacja na temat: "Inżynieria Chemiczna i Procesowa Absorpcja Wykład nr 18 : Procesy stopniowane. Absorpcja i Ekstrakcja."— Zapis prezentacji:

1 Inżynieria Chemiczna i Procesowa Absorpcja Wykład nr 18 : Procesy stopniowane. Absorpcja i Ekstrakcja

2 Inżynieria Chemiczna i Procesowa Absorpcja jest procesem wymiany masy pomiędzy faza gazową i fazą ciekła. Rozdzielenie mieszaniny gazowej  usunięcie zanieczyszczeń Mieszanina Gazowa Dwu składnikowa Mieszanina Gazowa Dwu składnikowa Ciecz Faza ciekła jest jednoskładnikowa. Rozpuszczalnik jest tak dobrany aby rozpuszczał sie w nim tylko jeden ze składników mieszaniny gazowej.  Warunek selektywności Faza ciekła jest jednoskładnikowa. Rozpuszczalnik jest tak dobrany aby rozpuszczał sie w nim tylko jeden ze składników mieszaniny gazowej.  Warunek selektywności Wykład nr 18 : Procesy stopniowane. Absorpcja i Ekstrakcja

3 Inżynieria Chemiczna i Procesowa Pary alkoholu metylowego zawarte w powietrzu mogą być zaabsorbowane w wodzie Ponieważ alkohol dobrze rozpuszcza się w wodzie a powietrze słabo. Pary alkoholu metylowego zawarte w powietrzu mogą być zaabsorbowane w wodzie Ponieważ alkohol dobrze rozpuszcza się w wodzie a powietrze słabo. Rozpuszczalnik ciekły musi się jeszcze charakteryzować dużą pojemnością absorpcyjną Duża pojemność absorpcyjna oznacza możliwość rozdzielenia danej mieszaniny gazowej w stosunkowo niewielkiej objętości płynu. Duża pojemność absorpcyjna oznacza możliwość rozdzielenia danej mieszaniny gazowej w stosunkowo niewielkiej objętości płynu. Ekonomia i techniczne rozwiązanie procesu Duże strumienie, nakłady energetyczne, koszty surowca itp.. Potrzeba optymalizacji Wykład nr 18 : Procesy stopniowane. Absorpcja i Ekstrakcja

4 Inżynieria Chemiczna i Procesowa Wykład nr 18 : Procesy stopniowane. Absorpcja i Ekstrakcja Czysta woda (absorbent) Gaz zanieczyszczony (powietrze) Woda zawierająca aceton Oczyszczony gaz Przykład

5 Inżynieria Chemiczna i Procesowa Wykład nr 18 : Procesy stopniowane. Absorpcja i Ekstrakcja Przepływ przeciw prądowy wody i gazu 99,5 % absorpcji acetonu w wodzie. Opuszczający gaz zawiera tylko 143 ppm (parts per milion) wagowo acetonu. Opuszczający gaz zawiera tylko 143 ppm (parts per milion) wagowo acetonu. Z bilansu masy wynika, że w procesie Nastąpiła również nieznaczna absorpcja O 2 i N 2 W wodzie Z bilansu masy wynika, że w procesie Nastąpiła również nieznaczna absorpcja O 2 i N 2 W wodzie

6 Inżynieria Chemiczna i Procesowa Z punktu widzenia doboru rozpuszczalnika ważną cechą jest możliwość odzyskania z mieszaniny ciekłej zaabsorbowanego gazu. Jest to ściśle związane z charakterem procesu absorpcji : Z punktu widzenia doboru rozpuszczalnika ważną cechą jest możliwość odzyskania z mieszaniny ciekłej zaabsorbowanego gazu. Jest to ściśle związane z charakterem procesu absorpcji : ABSOPRPCJA Absorpcja fizyczna Absorpcja chemiczna Polega na rozpuszczaniu absorbowanego składnika w rozpuszczalniku. Polega na rozpuszczaniu absorbowanego składnika w rozpuszczalniku. Składnik mieszaniny gazowej reaguje z fazą ciekła, tworząc nowe związki podczas odwracalnej lub nieodwracalnej przemiany chemicznej. Składnik mieszaniny gazowej reaguje z fazą ciekła, tworząc nowe związki podczas odwracalnej lub nieodwracalnej przemiany chemicznej. Odzyskanie zaabsorbowanego składnika polega na jego desorpcji w odpowiednio wysokiej temperaturze Odzyskanie zaabsorbowanego składnika polega na jego desorpcji w odpowiednio wysokiej temperaturze Odzyskanie składnika zależy od konkretnego przypadku i własności reakcji chemicznej. Odzyskanie składnika zależy od konkretnego przypadku i własności reakcji chemicznej. Wykład nr 18 : Procesy stopniowane. Absorpcja i Ekstrakcja

7 Inżynieria Chemiczna i Procesowa Równowaga absorpcyjna Faza gazowa : składnik absorbowany, składnik inertny, pary rozpuszczalnika Faza ciekła: rozpuszczalnik, rozpuszczony gaz i częściowo rozpuszczony gaz inertny Zawartość par rozpuszczalnika w gazie oraz gazu inertnego w cieczy jest pomijalna. Zawartość par rozpuszczalnika w gazie oraz gazu inertnego w cieczy jest pomijalna. Równowagę absorpcji można zatem przedstawić na płaszczyźnie dla zadanej temperatury jako zależność stężenia składnika absorbowanego w gazie (y) i w cieczy (x) Równowagę absorpcji można zatem przedstawić na płaszczyźnie dla zadanej temperatury jako zależność stężenia składnika absorbowanego w gazie (y) i w cieczy (x) T = const Dla punktu (y*, x*) szybkość absorpcji z gazu do cieczy jest równa desorpcji z cieczy do gazu Dla punktu (y*, x*) szybkość absorpcji z gazu do cieczy jest równa desorpcji z cieczy do gazu Gaz y* i ciecz x B  Absorpcja Gaz y* i ciecz x C  Desorpcja Wykład nr 18 : Procesy stopniowane. Absorpcja i Ekstrakcja

8 Inżynieria Chemiczna i Procesowa W celu przeprowadzenia bilansu materiałowego procesu składy wyraża się w postaci X kg składnika absorbowanego na 1 kg rozpuszczalnika: W celu przeprowadzenia bilansu materiałowego procesu składy wyraża się w postaci X kg składnika absorbowanego na 1 kg rozpuszczalnika: Ułamek molowy składnika Masy cząsteczkowe W fazie gazowej Y kg składnika na 1 kg gazu inertnego : Ciśnienie cząstkowe składnika absorbowanego Ciśnienie całkowite Wykład nr 18 : Procesy stopniowane. Absorpcja i Ekstrakcja

9 Inżynieria Chemiczna i Procesowa Dysponując danymi doświadczalnymi dla danego ciśnienia ogólnego P można Przedstawić izotermę równowagi (X, Y) Dysponując danymi doświadczalnymi dla danego ciśnienia ogólnego P można Przedstawić izotermę równowagi (X, Y) Nachylenie krzywej jest miarą stopnia rozpuszczalności Nachylenie krzywej jest miarą stopnia rozpuszczalności Wykład nr 18 : Procesy stopniowane. Absorpcja i Ekstrakcja

10 Inżynieria Chemiczna i Procesowa Rośnie rozpuszczalność Maleje rozpuszczalność Wykład nr 18 : Procesy stopniowane. Absorpcja i Ekstrakcja

11 Inżynieria Chemiczna i Procesowa Wykład nr 18 : Procesy stopniowane. Absorpcja i Ekstrakcja

12 Inżynieria Chemiczna i Procesowa Wykład nr 16 : Teoria procesów wymiany masy Większość przemysłowych procesów wymiany masy polega na przenikaniu składnika lub kilku składników z głębi jednej fazy do drugiej przez powierzchnię międzyfazową. Należą do tej grupy bardzo ważne praktycznie procesy rozdzielania substancji, np. absorpcja, ekstrakcja, destylacja, suszenie itp..

13 Inżynieria Chemiczna i Procesowa Wykład nr 16 : Teoria procesów wymiany masy Rozpatrzmy typowy ustalony proces przenikania masy pomiędzy fazą gazową i ciekłą. Stosownie do teorii dwóch warstw granicznych przyjmujemy, że szybkość przenoszenia masy po obu stronach powierzchni międzyfazowej uzależniona jest wyłącznie od oporów dyfuzyjnych warstw zastępczych.

14 Inżynieria Chemiczna i Procesowa Wykład nr 16 : Teoria procesów wymiany masy Przy pominięciu oporu międzyfazowego stężenie na powierzchni rozdziału możemy wyznaczyć jako równowagowe: i możemy dzięki temu określić siły napędowe procesu transportu masy w każdej fazie: gdzie: p i, c i – stężenie składnika dyfundującego na powierzchni międzyfazowej. p, c – stężenia w głębi faz.

15 Inżynieria Chemiczna i Procesowa Wykład nr 16 : Teoria procesów wymiany masy krzywa równowagi Stężenia w głębi faz są łatwe do określenia i z reguły znane, dysponując zależnością opisującą krzywą równowagi możemy określić stężenia panujące na powierzchni międzyfazowej: prosta przechodząca przez punkt (p, c) i (p i, c i )

16 Inżynieria Chemiczna i Procesowa Wykład nr 16 : Teoria procesów wymiany masy Z powyższego wykresu wynika, że stosunek stężeń w oby fazach zależy od oporów wnikania wyrażanych wartościami współczynników wnikania k c i k p oraz od kształtu krzywej równowagi. Operowanie w obliczeniach wartościami stężeń na powierzchni międzyfazowej jest niewygodne, dlatego też równanie przenikania doprowadza się do postaci, w której jako siła napędowa występuje różnica stężeń w głębi obu faz. Wymaga to zdefiniowania stężeń równoważnych, a mianowicie stężenia p*, jakie było by w równowadze w stosunku do roztworu ciekłego o stężeniu c, lub odwrotnie, stężenia równowagowego c* odpowiadającego ciśnieniu cząstkowemu p w mieszaninie gazowej

17 Inżynieria Chemiczna i Procesowa Wykład nr 16 : Teoria procesów wymiany masy Rozkład sił napędowych procesu wygląda następująco:

18 Inżynieria Chemiczna i Procesowa Wykład nr 16 : Teoria procesów wymiany masy Zastosowanie stężeń równoważnych umożliwia określenie strumienia masy składnika w postaci zależności: współczynniki przenikania masy

19 Inżynieria Chemiczna i Procesowa Wykład nr 16 : Teoria procesów wymiany masy Rozkład stężeń w obu fazach zależy od położenia linii równowagi, w skrajnych przypadkach bardzo dobrej lub bardzo złej rozpuszczalności gazu w równaniach można stosować współczynniki wnikania gazu: Bardzo dobra rozpuszczalność gazu: gaz ciecz główny opór wnikania masy znajduje się po stronie cieczy

20 Inżynieria Chemiczna i Procesowa Wykład nr 16 : Teoria procesów wymiany masy Bardzo zła rozpuszczalność gazu: gazciecz główny opór wnikania masy znajduje się po stronie gazu

21 Inżynieria Chemiczna i Procesowa Wykład nr 16 : Teoria procesów wymiany masy Jeżeli pomiędzy stężeniami równowagowymi istnieje proporcjonalność, np. w układzie gaz – ciecz obowiązuje prawo Henry`ego : współczynnik przenikania masy może być łatwo określony. Zgodnie z zależnościami dla stężeń równoważnych możemy napisać: oraz dla stężeń na granicy faz:

22 Inżynieria Chemiczna i Procesowa Wykład nr 16 : Teoria procesów wymiany masy Czyli: eliminując z całkowitą różnicę stężeń:

23 Inżynieria Chemiczna i Procesowa Wykład nr 16 : Teoria procesów wymiany masy Postępując analogicznie

24 Inżynieria Chemiczna i Procesowa Wykład nr 16 : Teoria procesów wymiany masy Dyskusja równań dla skrajnych wartości m potwierdza wnioski wyprowadzone wcześniej: m  bardzo małe (słaba rozpuszczalność gazu w cieczy) m  bardzo duże (dobra rozpuszczalność gazu w cieczy) opory po stronie cieczy opory po stronie gazu

25 Inżynieria Chemiczna i Procesowa Wykład nr 18 : Procesy stopniowane. Absorpcja i Ekstrakcja Proces jest realizowany głównie w kolumnach półkowych i kolumnach wypełnionych Kolumna półkowa Kolumna z wypełnieniem Kolumna natryskowa Kolumna barbotażowa Wirówka kontaktowa

26 Inżynieria Chemiczna i Procesowa Wykład nr 18 : Procesy stopniowane. Absorpcja i Ekstrakcja

27 Inżynieria Chemiczna i Procesowa Wykład nr 18 : Procesy stopniowane. Absorpcja i Ekstrakcja półki

28 Inżynieria Chemiczna i Procesowa Bilans procesu: Wlot = Wylot Wykład nr 18 : Procesy stopniowane. Absorpcja i Ekstrakcja Dla odcinka kolumny: Zależność pomiędzy składem jednej i drugiej fazy w dowolnym przekroju aparatu: Linia operacyjna

29 Inżynieria Chemiczna i Procesowa Bilans procesu: Wykład nr 18 : Procesy stopniowane. Absorpcja i Ekstrakcja Linia operacyjna Współczynnik kierunkowy

30 Inżynieria Chemiczna i Procesowa Nachylenie nie może być dowolnie małe. Istnieje wartość min Wykład nr 18 : Procesy stopniowane. Absorpcja i Ekstrakcja

31 Inżynieria Chemiczna i Procesowa Wyznaczanie liczby półek teoretycznych Linię równowagi często można Przybliżyć równaniem: Linię równowagi często można Przybliżyć równaniem: Linia równowagi Linia operacyjna Wykład nr 18 : Procesy stopniowane. Absorpcja i Ekstrakcja

32 Inżynieria Chemiczna i Procesowa Wykład nr 18 : ABSORPCJA ciągła Różne sposoby realizacji procesu absorpcji W rozważaniach wcześniejszych nad adsorpcją wyprowadzono równanie linii operacyjnej oraz omówiono sposoby dobierania optymalnej wartości stosunku L / G. Wnioski te są w pełni aktualne również dla procesu absorpcji nie stopniowanej lecz „ciągłej” realizowanej w kolumnach wypełnionych. Z doboru L / G może się zdarzyć za mały przepływ cieczy przez wypełnienie  słabe i nierównomierne zraszanie złoża. Wówczas stosuje się kolumny z recyrkulacją cieczy

33 Inżynieria Chemiczna i Procesowa Wykład nr 18 : ABSORPCJA ciągła Różne sposoby realizacji procesu absorpcji W rozważaniach wcześniejszych nad adsorpcją wyprowadzono równanie linii operacyjnej oraz omówiono sposoby dobierania optymalnej wartości stosunku L / G. Wnioski te są w pełni aktualne również dla procesu absorpcji nie stopniowanej lecz „ciągłej” realizowanej w kolumnach wypełnionych. Z doboru L / G może się zdarzyć za mały przepływ cieczy przez wypełnienie  słabe i nierównomierne zraszanie złoża. Wówczas stosuje się kolumny z recyrkulacją cieczy

34 Inżynieria Chemiczna i Procesowa Wykład nr 18 : ABSORPCJA ciągła Różne sposoby realizacji procesu absorpcji W rozważaniach wcześniejszych nad adsorpcją wyprowadzono równanie linii operacyjnej oraz omówiono sposoby dobierania optymalnej wartości stosunku L / G. Wnioski te są w pełni aktualne również dla procesu absorpcji nie stopniowanej lecz „ciągłej” realizowanej w kolumnach wypełnionych. Z doboru L / G może się zdarzyć za mały przepływ cieczy przez wypełnienie  słabe i nierównomierne zraszanie złoża. Wówczas stosuje się kolumny z recyrkulacją cieczy

35 Inżynieria Chemiczna i Procesowa Wykład nr 18 : ABSORPCJA ciągła Różne sposoby realizacji procesu absorpcji W rozważaniach wcześniejszych nad adsorpcją wyprowadzono równanie linii operacyjnej oraz omówiono sposoby dobierania optymalnej wartości stosunku L / G. Wnioski te są w pełni aktualne również dla procesu absorpcji nie stopniowanej lecz „ciągłej” realizowanej w kolumnach wypełnionych. Z doboru L / G może się zdarzyć za mały przepływ cieczy przez wypełnienie  słabe i nierównomierne zraszanie złoża. Wówczas stosuje się kolumny z recyrkulacją cieczy

36 Inżynieria Chemiczna i Procesowa Wykład nr 18 : ABSORPCJA ciągła X Y Y1Y1 Y0Y0 X0X0 X1X1 linia równowagi linia operacyjna n=1 n n max X2X2 X*X* Stopień recyrkulacji ma wartość maksymalną ciecz osiąga stan równowagi względem gazu odlotowego

37 Inżynieria Chemiczna i Procesowa Wykład nr 18 : ABSORPCJA ciągła Aparaty absorpcyjne mogą pracować połączone w baterie. Najprostszy system - szeregowy: ( jedna kolumna podzielona na sekcje ) jedna linia operacyjna

38 Inżynieria Chemiczna i Procesowa Wykład nr 18 : ABSORPCJA ciągła w baterii takiej można stosować recyrkulację: Y0Y0 X0X0 X1X1 X3X3 X2X2 Y1Y1 Y2Y2 Y3Y3 skład cieczy zmienia się w kolumnach skokowo

39 Inżynieria Chemiczna i Procesowa Wykład nr 18 : ABSORPCJA ciągła W przypadku gdy chodzi o bardzo dobre oczyszczenie gazu, stosuje się zasilanie równoległe każdej z kolumn czystym rozpuszczalnikiem: X0X0 X1X1 A BC C B A oczyszczanie gazu średni skład cieczy z Y 0 kreślimy linie o nachyleniu 3L/G

40 Inżynieria Chemiczna i Procesowa Wykład nr 18 : ABSORPCJA ciągła Proces absorpcji może być prowadzony również współprądowo: bilans odcinka kolumny: rów. linii operacyjnej:


Pobierz ppt "Inżynieria Chemiczna i Procesowa Absorpcja Wykład nr 18 : Procesy stopniowane. Absorpcja i Ekstrakcja."

Podobne prezentacje


Reklamy Google