Количество просмотров публикации Газовые смеси - 1914
В технике часто приходится иметь дело с газообразными веществами близкими по свойствам к идеальным газам и состоящими из механической смеси отдельных газов. Это продукты сгорания ДВС, ГТС, реактивного и других тепловых двигателей. Газовой смесью принято называть смесь отдельных газов НЕ вступающих между собой в химические реакции. Каждый газ в смеси сохраняет свои свойства и ведёт себя так, как если бы он один занимал весь объём.
Общее давление в газовой смеси складывается из парциальных давлений, которые создаются каждым из компонентов смеси.
Парциальным принято называть давление, создаваемое одним компонентом на стенки сосуда. Полное (абсолютное) давление по закону Дальтона равно сумме парциальных давлений всех компонентов смеси.
(6.30)
Каждый компонент смеси распространяется по всему объёму со своим парциальным давлением.
Парциальным объёмом принято называть объём одного компонента͵ который бы он имел, в случае если бы находился при температуре смеси и своём парциальном давлении.
(6.31)
Уравнение (6.31) иногда называют законом Амага.
Задачей расчёта газовой смеси является определение газовой постоянной или средней молярной массы на основании заданного состава смеси. Все остальные параметры газовой смеси бывают определены по уравнению Менделеева-Клапейрона (6.22; 6.24).
6.5. Теплоёмкость газа
Чтобы одинаковые массы различных веществ нагреть от одинаковой начальной до одинаковой конечной температуры, крайне важно затратить различное количество теплоты. Так на нагревание воды крайне важно затратить примерно в 9 раз больше теплоты, чем на нагрев такого же количества железа. Потому что теплоёмкость воды примерно в 9 раз выше теплоёмкости железа.
Теплоёмкостью называют количество тепла, потребное для нагревания единицы количества вещества на один градус.
Средняя теплоёмкость:
(6.32)
где – удельное количество теплоты, затраченное в данном термодинамическом процессе нагревания 1-2.
t1, t2 – начальное и конечное значения температуры тела.
Так как количество вещества должна быть задано в массовых, объёмных или мольных единицах, различают средние массовую С(кДж/кг*град), объёмную Соб(кДж/м3*град), и мольную Сµ(кДж/Кмоль*град) теплоёмкость.
Между этими величинами теплоёмкости существует связь:
(6.33)
Теплоёмкость газов в значительной мере зависит от внешних условий, при которых подводят (или отводят) теплоту. Теплоёмкость газов в термодинамических процессах, происходящих при постоянном удельном объёме называют изохорной и обозначают Сv, а теплоёмкость газов в процессах при постоянном давлении называют изобарной и обозначают Сp.
При изохорном подводе теплоты объём газа не увеличивается и следовательно не совершается работа расширения, ᴛ.ᴇ. вся теплота идет на увеличение внутренней энергии.
При изобарном процессе нагрева газ расширяется, преодолевая противодействие внешних сил- толкая поршень, т. е. совершая работу. Соответственно, чтобы нагреть газ до одинаковой температуры – при изобарном процессе крайне важно затратить больше теплоты, чем при изохорном.
Чтобы убедиться в данном можно в два одинаковых цилиндра поместить по 1 кг одного и того же газа с одинаковыми параметрами. Но, так как поршень одного из цилиндров заклинен, и происходит процесс нагрева газа при V=const, то в данном цилиндре газ нагреется быстрее, получив при этом меньшее количество тепла, ĸᴏᴛᴏᴩᴏᴇ расходуется только на нагрев газа:
(6.34)
Во втором цилиндре только часть теплоты израсходована на повышение температуры газа от T1 до T2, а вторая часть теплоты израсходована на перемещение поршня (на производство работы). То есть газ воспринял больше тепла при нагреве до одной и той же температуры:
(6.35)
На производство работы затрачено количество теплоты:
(6.36)
При изобарном процессе полученную работу можно рассчитать:
(6.37)
Используя уравнение Клапейрона (6.20) для изобарного процесса можно записать:
(6.38)
Сравнивая выражения (6.36) и (6.38) можно записать:
(6.39)
Сократив левую и правую часть на разность температур , получим уравнение закона Майера:
(6.40)
Часто в теплотехнических расчётах используется также соотношение теплоёмкостей . С удовлетворительной точностью применительно ко всем двухатомным газам и воздуху можно считать значения сp и сv величинами постоянными и равными ср= 1,004 кДж/кг*град и сv = 0,716 кДж/кг*град. Тогда
(6.41)
referatwork.ru
Количество просмотров публикации Газовые смеси - 382
Общее количество газовых смесей в биосфере за последние столетия практически не менялось. При этом, по мнению ряда исследователей, техногенные процессы, связанные с началом формирования ноосферы, уже вызвали и некоторые глобальные изменения состава всей атмосферы, и изменения, получившие развитие только в отдельных районах.
Ориентировочно можно считать, что в городе с населением несколько миллионов жителей за сугки в атмосферу вьщеляется, т: углеводородных паров и газов - свыше 1300, ацетальдегидов свыше 60, оксидов азота 600-650, оксидов серы - около 500, оксида углерода (СО) - свыше 5000.
Содержание кислорода в составе выхлопных газов автомобилей резко уменьшается по сравнению с атмосферным воздухом(в среднем с 20,9 до 4% при бензиновых двигателях и до 9% при дизельных). При этом значительно увеличивается содержание С02 (с 0,03 до 13%), СО (в среднем от бензиновых двигателей 4%, от дизельных двигателей 0,1 %), углеводородов (от п. 10-0 в атмосфере до 4% от бензиновых двигателей). Это позволяет считать, что при парковке автомобилей во дворах-колодцах, окруженных многоэтажными домами и плохо проветриваемых, состав воздуха резко отличается от обычного атмосферного.
Специальные исследования (P.l..emaigre) показали, что при разном режиме работы автомобильных двигателей состав выхлопных газов существенно меняется. Так, максимальное количество СО вьделяют при малой скорости машины с бензиновым двигателеми при ускорении - с дизельным. Количество углеводородов и формальдегидов в выхлопных газах возрастает в десятки раз при замедлении, а оксидов азота - при ускорении.
Существенно меняется состав атмосферного воздуха при сжигании различного топлива. Об этом можно судить по данным
Довольно много газов вьделяется при сжигании бытового мусора. Обычно исходя из типа мусоросжигающих установок при переработке 1 т мусора вьделяется, кг: СО - от 0,35 до150; углеводородов - от 0,15 до 50; NНз - от 0,01 до 1,4; (NzO+NO+N02) - от 0,05 до 1,0; оксидов серы - от 0,2 до 1.
Состав преобладающей массы так называемых ʼʼзагрязняющихʼʼ газов, поступающих в атмосферу от различных промышленных предприятий, в целом аналогичен. Это оксид углерода (СО), оксиды серы (S02, SОз), диоксид углерода (COz), аммиак (NH.).
Кроме них лишь иногда в значительных количествах поступают от литейных предприятий акролеин (Ch3-CH-Ct:~ ), имеющий запах подгоревших жиров, от предприятий химической промыленности - пары различных кислот и сероуглерода, меркатаны(имеют неприятный запах), хлор, фтор, фторид кислорода (OF) и некоторые другие газообразные соединения и пары.
Органические поллютаиты в атмосфере. Часто в отдельную проблему органической геохимии вьделяют распределение органических веществ в атмосфере (В.А.Исидоров, 1992; K-Н.Зеленин,
1988 и др.). Основные природные источники этих веществ можно объединить в две группы: биогенные и геологические.
К геологическим источникам углеводородов в атмосфере следует в первую очередь отнести многочисленные и еще недостаточно изученные процессы дегазации верхней мантии. Большое количество углеводородов, в т.ч. и метана, поступает в атмосферу от месторождений нефти и природного газа. При биогенных процессах органические вещества вьщеляются в атмосферу в результате жизнедеятельности всех организмов (от одноклеточных бактерий до высших животных). При этом только углеводородов (без учета метана) вьделяется за год около 1,5 -108 т, а общее число вьделяемых органических веществ насчитывает тысячи наименований. Особо следует отметить биогенное метанообразование в аквальных и переувлажненных ландшафтах континентов, характеризующееся цифрой 0,6 - 108 т/год.
Несмотря на крайне низкое содержание метана в атмосфере Земли, он играет существенную роль в создании ʼʼпарникового эффекгаʼʼ Роль многочисленных углеводородов, выделяемых организмами, выяснена пока не до конца. К настоящему времени установлено, что часть из них (в частности, изопрен и этилен) способствуют выживанию определенных видов растений при возникновении неблагоприятных условий: терпены ограничивают проникновение в ткани растений ряда микроорганизмов и т.д. Следовательно, изменение обычной (очень низкой) концентрации в атмосфере углеводородов может привести ко многим еще недостаточно ясным последствиям в развитии биосферы.
Точного подсчета количества органических соединений, поступающих в атмосферу вследствие антропогенной деятельности, на данный момент нет. Ориентировочно считается, что их поступает в 10 раз меньше, чем в результате жизнедеятельности организмов. Такое, пока относительно небольшое количество техногенных органических соединений не может оказать решающего воздействия на всю биосферу. При этом в случае больших поступлений органических веществ уже сейчас в отдельных районах можно ожидать различных изменений в развитии организмов. В связи с этим рассмотрим основные техногенные источники органических веществ, поступающих в атмосферу.
В первую очередь следует отметить автотранспорт, который, например, в США дает 63% выбросов углеводородов в окружающую среду (КН. Зеленин, 1998). На втором месте по объёму выбрасываемых органических загрязнителей стоят промышленные предприятия. Среди них особо опасными являются предприятия химической, нефтехимической, лесохимической промышленности. Значительное количество органических поллютантов поступает в селитебных ландшафтах и от жилищно-коммунальных хозяйств. Так, к настоящему времени только в выбросах из вентиляционных систем жилых зданий установлено более 40 токсичных и дурнопахнущих веществ, из которых более 20 образуются при сжигании газов.
Довольно большое количество органических соединений поступает в атмосферу из различных зон утилизации отходов. Считается, что 1 т захороненных на свалке бытовых отходов за 25 ЛeJ' вьделяет до 30 ~ только одного метана, 70% газа вьщеляется в первые 10 лет после захоронения.
Как видно из изложенного, основное количество органических поллютантов поступает в биосферу в пределах селитебныl ландшафтов, ᴛ.ᴇ. в зонах с наибольшей плотностью населения, Увеличение содержания органических соединений в атмосфере городов (считается, что техногенная составляющая органических соединений по отношению ко всем таким соединениям в аатмосфере Земли составляет 10%) может и, вероятно, уже сказывается на состоянии здоровья людей и всех других организмов, жи вущих в ландшафтах населенных пунктов. для изучения этой проблемы крайне важно скорейшее про ведение специальных исследований.
referatwork.ru
Количество просмотров публикации Газовые смеси - 195
Общее количество газовых смесей в биосфере за последние столетия практически не менялось. При этом, по мнению ряда исследователей, техногенные процессы, связанные с началом формирования ноосферы, уже вызвали и некоторые глобальные изменения состава всей атмосферы, и изменения, получившие развитие только в отдельных районах.
Ориентировочно можно считать, что в городе с населением несколько миллионов жителей за сугки в атмосферу вьщеляется, т: углеводородных паров и газов - свыше 1300, ацетальдегидов свыше 60, оксидов азота 600-650, оксидов серы - около 500, оксида углерода (СО) - свыше 5000.
Содержание кислорода в составе выхлопных газов автомобилей резко уменьшается по сравнению с атмосферным воздухом(в среднем с 20,9 до 4% при бензиновых двигателях и до 9% при дизельных). При этом значительно увеличивается содержание С02 (с 0,03 до 13%), СО (в среднем от бензиновых двигателей 4%, от дизельных двигателей 0,1 %), углеводородов (от п. 10-0 в атмосфере до 4% от бензиновых двигателей). Это позволяет считать, что при парковке автомобилей во дворах-колодцах, окруженных многоэтажными домами и плохо проветриваемых, состав воздуха резко отличается от обычного атмосферного.
Специальные исследования (P.l..emaigre) показали, что при разном режиме работы автомобильных двигателей состав выхлопных газов существенно меняется. Так, максимальное количество СО вьделяют при малой скорости машины с бензиновым двигателеми при ускорении - с дизельным. Количество углеводородов и формальдегидов в выхлопных газах возрастает в десятки раз при замедлении, а оксидов азота - при ускорении.
Существенно меняется состав атмосферного воздуха при сжигании различного топлива. Об этом можно судить по данным
Довольно много газов вьделяется при сжигании бытового мусора. Обычно исходя из типа мусоросжигающих установок при переработке 1 т мусора вьделяется, кг: СО - от 0,35 до150; углеводородов - от 0,15 до 50; NНз - от 0,01 до 1,4; (NzO+NO+N02) - от 0,05 до 1,0; оксидов серы - от 0,2 до 1.
Состав преобладающей массы так называемых ʼʼзагрязняющихʼʼ газов, поступающих в атмосферу от различных промышленных предприятий, в целом аналогичен. Это оксид углерода (СО), оксиды серы (S02, SОз), диоксид углерода (COz), аммиак (NH.).
Кроме них лишь иногда в значительных количествах поступают от литейных предприятий акролеин (Ch3-CH-Ct:~ ), имеющий запах подгоревших жиров, от предприятий химической промыленности - пары различных кислот и сероуглерода, меркатаны(имеют неприятный запах), хлор, фтор, фторид кислорода (OF) и некоторые другие газообразные соединения и пары.
Органические поллютаиты в атмосфере. Часто в отдельную проблему органической геохимии вьделяют распределение органических веществ в атмосфере (В.А.Исидоров, 1992; K-Н.Зеленин,
1988 и др.). Основные природные источники этих веществ можно объединить в две группы: биогенные и геологические.
К геологическим источникам углеводородов в атмосфере следует в первую очередь отнести многочисленные и еще недостаточно изученные процессы дегазации верхней мантии. Большое количество углеводородов, в т.ч. и метана, поступает в атмосферу от месторождений нефти и природного газа. При биогенных процессах органические вещества вьщеляются в атмосферу в результате жизнедеятельности всех организмов (от одноклеточных бактерий до высших животных). При этом только углеводородов (без учета метана) вьделяется за год около 1,5 -108 т, а общее число вьделяемых органических веществ насчитывает тысячи наименований. Особо следует отметить биогенное метанообразование в аквальных и переувлажненных ландшафтах континентов, характеризующееся цифрой 0,6 - 108 т/год.
Несмотря на крайне низкое содержание метана в атмосфере Земли, он играет существенную роль в создании ʼʼпарникового эффекгаʼʼ Роль многочисленных углеводородов, выделяемых организмами, выяснена пока не до конца. К настоящему времени установлено, что часть из них (в частности, изопрен и этилен) способствуют выживанию определенных видов растений при возникновении неблагоприятных условий: терпены ограничивают проникновение в ткани растений ряда микроорганизмов и т.д. Следовательно, изменение обычной (очень низкой) концентрации в атмосфере углеводородов может привести ко многим еще недостаточно ясным последствиям в развитии биосферы.
Точного подсчета количества органических соединений, поступающих в атмосферу вследствие антропогенной деятельности, на данный момент нет. Ориентировочно считается, что их поступает в 10 раз меньше, чем в результате жизнедеятельности организмов. Такое, пока относительно небольшое количество техногенных органических соединений не может оказать решающего воздействия на всю биосферу. При этом в случае больших поступлений органических веществ уже сейчас в отдельных районах можно ожидать различных изменений в развитии организмов. В связи с этим рассмотрим основные техногенные источники органических веществ, поступающих в атмосферу.
В первую очередь следует отметить автотранспорт, который, например, в США дает 63% выбросов углеводородов в окружающую среду (КН. Зеленин, 1998). На втором месте по объёму выбрасываемых органических загрязнителей стоят промышленные предприятия. Среди них особо опасными являются предприятия химической, нефтехимической, лесохимической промышленности. Значительное количество органических поллютантов поступает в селитебных ландшафтах и от жилищно-коммунальных хозяйств. Так, к настоящему времени только в выбросах из вентиляционных систем жилых зданий установлено более 40 токсичных и дурнопахнущих веществ, из которых более 20 образуются при сжигании газов.
Довольно большое количество органических соединений поступает в атмосферу из различных зон утилизации отходов. Считается, что 1 т захороненных на свалке бытовых отходов за 25 ЛeJ' вьделяет до 30 ~ только одного метана, 70% газа вьщеляется в первые 10 лет после захоронения.
Как видно из изложенного, основное количество органических поллютантов поступает в биосферу в пределах селитебныl ландшафтов, ᴛ.ᴇ. в зонах с наибольшей плотностью населения, Увеличение содержания органических соединений в атмосфере городов (считается, что техногенная составляющая органических соединений по отношению ко всем таким соединениям в аатмосфере Земли составляет 10%) может и, вероятно, уже сказывается на состоянии здоровья людей и всех других организмов, жи вущих в ландшафтах населенных пунктов. для изучения этой проблемы крайне важно скорейшее про ведение специальных исследований.
referatwork.ru
Введение
Абсорбер (от лат. absorbeo -- поглощаю) -- аппарат для поглощения газов, паров, для разделения газовой смеси на составные части растворением одного или нескольких компонентов этой смеси в жидкости, называемой абсорбентом (поглотителем).
Абсорбер обычно представляет собой колонку с насадкой или тарелками, в нижнюю часть которой подается газ, а в верхнюю -- жидкость; газ удаляется из абсорбера сверху, а жидкость -- снизу. Абсорбер применяется в химической, нефтеперерабатывающей и других отраслях промышленности.
В исследованиях по физике абсорберами называют материал, поглощающий часть энергии излучаемых частиц. Выбор материала зависит от задачи, обычно используют свинец и жидкий водород. Одно из последних применений таких абсорберов -- ионизационное охлаждение.
Кроме того, в пневматике используются ударные абсорберы (shock absorber), предназначенные для поглощения энергии удара, для быстрой мягкой остановки поршня, детали.
1. Виды и характеристика насадок в абсорберах
Кольцевая насадка. Наиболее распространенный тип кольцевой насадки — кольца Рашига (рис. 1. а). Изготавливаются из керамики, фарфора, пластмассы, металлов, углеграфитовых масс. Диаметр колец 25−150 мм. Кольца диаметром до 50 мм загружаются навалом. При больших диаметрах кольца укладываются рядами.
Насадка Рашига имеет небольшую стоимость, но малоэффективна. Для повышения эффективности массообмена кольцевую насадку изготовляют перфорированной и с внутренними перегородками — кольца Палля (рис. 1. б) и их модификации. К кольцевой насадке с перфорированной цилиндрической частью и внутренними перегородками относится насадка «Каскад-мини-ринг» (рис. 1. в).
Седлообразная насадка. Имеет большую удельную поверхность (на 25% больше, чем кольцевая) и большой свободный объем. Такую насадку выпускают, главным образом, в виде седел «Инталокс» (рис. 1. г) и седел Берля (рис. 1, д) из керамики и пластмассы размером 37?37 мм и 50?50 мм. Особое место среди седловидных насадок занимает насадка «Инталокс метал» (рис. 1. е), обладающая высокой эффективностью.
абсорбер газовый поглотитель флегма
2. Адсорберы с неподвижным слоем поглотителя
Адсорберы с неподвижным слоем поглотителя. Наиболее часто применяются цилиндрические адсорберы вертикального (рис. 2, а) и горизонтального (рис. 2, б) типов. Адсорберы со слоем поглотителя кольцевого сечения (рис. 2, в) используются сравнительно редко.
Периодические процессы адсорбции часто проводятся четырехфазным способом, при котором процесс проходит в четыре стадии.
Первая стадия -- собственно адсорбция, т. е. насыщение поглотителя адсорбируемым компонентом. Паро-газовая смесь подается в корпус 1 аппарата (рис. 2) через штуцер 2, проходит через слой поглотителя (на рисунке заштрихован) и выходит через штуцер 3.
Вторая стадия -- десорбция поглощенного компонента из поглотителя. Подача паро-газовой смеси прекращается, и в аппарат подается водяной пар через барботер 4 (рис. 2, а, б) или через штуцер 3 (рис. 2, в). Смесь паров десорбированного компонента и воды удаляется через штуцер 5. Конденсат пара отводится из аппарата после десорбции через штуцер 6 (рис. 2, а, б) или 5 (рис. 2, в).
Третья стадия -- сушка поглотителя. Перекрывается вход и выход водяного пара, после чего влажный поглотитель сушится горячим воздухом, поступающим в аппарат через штуцер 2 и выходящим из аппарата через штуцер 3.
Четвертая стадия -- охлаждение поглотителя. Прекращается подача горячего воздуха, после чего поглотитель охлаждается холодным воздухом, поступающим в аппарат также через штуцер 2 отработанный воздух удаляется через штуцер 5.
По окончании четвертой стадии цикл работы аппарата начинается снова. Загрузку и выгрузку поглотителя производят периодически через люки 7,5
В случае отсутствия одной из последних двух стадий (охлаждение угля или его осушка) метод проведения процесса будет называться трехфазным.
Существует также двухфазный метод, при котором в прошедший регенерацию водяным паром горячий и влажный уголь подаются последовательно горячая и холодная паро-воздушная смесь (первая стадия). При этом процессы сушки и охлаждения угля идут одновременно с процессом поглощения. По окончании первой стадии осуществляется десорбция поглощенных веществ водяным паром (вторая стадия). Выбор метода работы производится на основании технико-экономических показателей. Для уменьшения потерь тепла в окружающую среду (при десорбции и сушке поглотителя) адсорберы покрывают тепловой изоляцией.
3. Многоступенчатая противоточная экстракция с флегмой
Для того чтобы повысить степень разделения исходного раствора на компоненты, при экстракции, по аналогии с ректификацией, используют иногда орошение аппарата флегмой. В процессах экстракции без применения флегмы концентрация экстракта, выходящего из многоступенчатого аппарата, не может быть выше равновесной, соответствующей концентрации исходного раствора, что ограничивает степень разделения.
При использовании флегмы (рис. 3) экстракт E1 направляется, как обычно, в установку для регенерации, где из него отгоняют возможно большее количество экстрагента Sрег. Однако в данном случае установка для регенерации является аналогом дефлегматора в процессе ректификации. Выходящий из нее остаточный продукт делится на две части: одна часть отводится в виде экстракта Eк, а другая часть возвращается в аппарат в виде флегмы Eфл. Поток флегмы, поступающей в аппарат на стороне отбора экстракта, вымывает из последнего частично или полностью растворенное в нем некоторое количество исходного растворителя (компонента А), причем удаленный из экстракта компонент, А в конечном счете переходит в рафинат. В результате степень разделения увеличивается и выход рафината возрастает.
Возврат части экстракта в виде флегмы, улучшая разделение и повышая чистоту конечных продуктов, приводит вместе с тем к увеличению расхода экстрагента (что эквивалентно большему расходу тепла при ректификации), увеличению размеров и удорожанию экстракционной установки. Поэтому выбор доли возвращаемого экстракта, соответствующей флегмовому числу при ректификации, должен производиться на основе технико-экономического расчета.
Отмечая сходство процессов экстракции и ректификации, где аналогом экстракта является паровая фаза, аналогом рафината -- жидкая фаза, а относительная летучесть компонентов подобна избирательности при экстракции, следует подчеркнуть, что эта аналогия не полная. Так, использование флегмы при экстракции связано с определенными ограничениями. Например, возврат флегмы должен быть таким, чтобы составы смесей жидкостей (экстракта и рафината) соответствовали двухфазной области на треугольной диаграмме, т. е. чтобы этот возврат не приводил к полной взаимной растворимости компонентов.
В принципе возможно также использование флегмы рафината, но ее применение значительно менее эффективно, чем орошение экстрактом, и, по видимому, нецелесообразно.
4. Низкотемпературная ректификация
Разделение сжиженных газовых смесей ректификацией проводят при очень низких температурах под избыточным давлением в аппаратах, несколько отличающихся от обычных. При этом продукты разделения получают полностью или частично в парообразном виде.
Отметим специфические особенности устройства разделительных аппаратов для газовых смесей на примере ректификации жидкого воздуха, получаемого методами глубокого охлаждения. Разделение воздуха осуществляют в одноколонных разделительных аппаратах, или в аппаратах одинарной ректификации, ив двухколонных аппаратах, или в аппаратах двойной ректификации.
Установки одинарной ректификации. Сжатый в компрессоре воздух после очистки от пыли, двуокиси углерода и водяных паров подается в теплообменник 1 (рис. 4), где охлаждается продуктами ректификации (кислородом и азотом). Затем воздух поступает в змеевик кипятильника 2 колонны, где он частично конденсируется, отдавая тепло жидкому кислороду, кипящему снаружи змеевика. Пары практически чистого кислорода отводятся нз кипятильника в теплообменник 1.
Частично сконденсированный воздух, пройдя через дроссельный вентиль 3, еще больше охлаждается. Смесь жидкого и парообразного воздуха поступает на верхнюю, тарелку ректификационной колонны 4. На тарелках колонны происходит обычный процесс ректификации: при многократном взаимодействии стекающей жидкости с поднимающимися снизу парами из последних конденсируется кислород (высококипящий компонент), а из жидкости испаряется азот (низкокипящий компонент). В результате из верхней части колонны удаляются пары азота, близкие к равновесию с подаваемым в колонну воздухом и поэтому содержащие примесь кислорода (не более 7--10%). В кипятильник колонны поступает чистый кислород. Как указывалось, кислород и технический азот направляются в теплообменник 1 для охлаждения сжатого в компрессоре воздуха.
Особенность устройства ректификационной колонны 4 заключается в том, что она не имеет дефлегматора и работает как колонна исчерпывания. Это объясняется тем, что практически невозможно подобрать охлаждающий агент для конденсации паров дистиллята (азота), так как для этой цели понадобилась бы жидкость, имеющая температуру более низкую, чем температура жидкого азота. Кроме того, в качестве исходной смеси и флегмы в колонну поступает воздух с очень низкой температурой, при которой точка пересечения рабочих линий может практически соответствовать составу дистиллята, что вообще устраняет потребность в дефлегматоре.
Существенным недостатком одинарной ректификации являются потери кислорода с азотом. Около одной трети кислорода удаляется с азотом, загрязняя его, и лишь две трети кислорода, находящегося в воздухе, сжимаемом в компрессоре, полезно используется.
Принципиально возможный способ повышения степени чистоты азота и увеличения выхода кислорода при разделении воздуха заключается в питании ректификационной колонны исходной смесью, более богатой азотом, чем обычный воздух. Этот принцип используется в установках двойной ректификации для разделения воздуха.
Показать Свернутьwestud.ru
Введение
Абсорбер (от лат. absorbeo -- поглощаю) -- аппарат для поглощения газов, паров, для разделения газовой смеси на составные части растворением одного или нескольких компонентов этой смеси в жидкости, называемой абсорбентом (поглотителем).
Абсорбер обычно представляет собой колонку с насадкой или тарелками, в нижнюю часть которой подается газ, а в верхнюю -- жидкость; газ удаляется из абсорбера сверху, а жидкость -- снизу. Абсорбер применяется в химической, нефтеперерабатывающей и других отраслях промышленности.
В исследованиях по физике абсорберами называют материал, поглощающий часть энергии излучаемых частиц. Выбор материала зависит от задачи, обычно используют свинец и жидкий водород. Одно из последних применений таких абсорберов -- ионизационное охлаждение.
Кроме того, в пневматике используются ударные абсорберы (shock absorber), предназначенные для поглощения энергии удара, для быстрой мягкой остановки поршня, детали.
1. Виды и характеристика насадок в абсорберах
Кольцевая насадка. Наиболее распространенный тип кольцевой насадки — кольца Рашига (рис. 1. а). Изготавливаются из керамики, фарфора, пластмассы, металлов, углеграфитовых масс. Диаметр колец 25−150 мм. Кольца диаметром до 50 мм загружаются навалом. При больших диаметрах кольца укладываются рядами.
Насадка Рашига имеет небольшую стоимость, но малоэффективна. Для повышения эффективности массообмена кольцевую насадку изготовляют перфорированной и с внутренними перегородками — кольца Палля (рис. 1. б) и их модификации. К кольцевой насадке с перфорированной цилиндрической частью и внутренними перегородками относится насадка «Каскад-мини-ринг» (рис. 1. в).
Седлообразная насадка. Имеет большую удельную поверхность (на 25% больше, чем кольцевая) и большой свободный объем. Такую насадку выпускают, главным образом, в виде седел «Инталокс» (рис. 1. г) и седел Берля (рис. 1, д) из керамики и пластмассы размером 37?37 мм и 50?50 мм. Особое место среди седловидных насадок занимает насадка «Инталокс метал» (рис. 1. е), обладающая высокой эффективностью.
абсорбер газовый поглотитель флегма
2. Адсорберы с неподвижным слоем поглотителя
Адсорберы с неподвижным слоем поглотителя. Наиболее часто применяются цилиндрические адсорберы вертикального (рис. 2, а) и горизонтального (рис. 2, б) типов. Адсорберы со слоем поглотителя кольцевого сечения (рис. 2, в) используются сравнительно редко.
Периодические процессы адсорбции часто проводятся четырехфазным способом, при котором процесс проходит в четыре стадии.
Первая стадия -- собственно адсорбция, т. е. насыщение поглотителя адсорбируемым компонентом. Паро-газовая смесь подается в корпус 1 аппарата (рис. 2) через штуцер 2, проходит через слой поглотителя (на рисунке заштрихован) и выходит через штуцер 3.
Вторая стадия -- десорбция поглощенного компонента из поглотителя. Подача паро-газовой смеси прекращается, и в аппарат подается водяной пар через барботер 4 (рис. 2, а, б) или через штуцер 3 (рис. 2, в). Смесь паров десорбированного компонента и воды удаляется через штуцер 5. Конденсат пара отводится из аппарата после десорбции через штуцер 6 (рис. 2, а, б) или 5 (рис. 2, в).
Третья стадия -- сушка поглотителя. Перекрывается вход и выход водяного пара, после чего влажный поглотитель сушится горячим воздухом, поступающим в аппарат через штуцер 2 и выходящим из аппарата через штуцер 3.
Четвертая стадия -- охлаждение поглотителя. Прекращается подача горячего воздуха, после чего поглотитель охлаждается холодным воздухом, поступающим в аппарат также через штуцер 2 отработанный воздух удаляется через штуцер 5.
По окончании четвертой стадии цикл работы аппарата начинается снова. Загрузку и выгрузку поглотителя производят периодически через люки 7,5
В случае отсутствия одной из последних двух стадий (охлаждение угля или его осушка) метод проведения процесса будет называться трехфазным.
Существует также двухфазный метод, при котором в прошедший регенерацию водяным паром горячий и влажный уголь подаются последовательно горячая и холодная паро-воздушная смесь (первая стадия). При этом процессы сушки и охлаждения угля идут одновременно с процессом поглощения. По окончании первой стадии осуществляется десорбция поглощенных веществ водяным паром (вторая стадия). Выбор метода работы производится на основании технико-экономических показателей. Для уменьшения потерь тепла в окружающую среду (при десорбции и сушке поглотителя) адсорберы покрывают тепловой изоляцией.
3. Многоступенчатая противоточная экстракция с флегмой
Для того чтобы повысить степень разделения исходного раствора на компоненты, при экстракции, по аналогии с ректификацией, используют иногда орошение аппарата флегмой. В процессах экстракции без применения флегмы концентрация экстракта, выходящего из многоступенчатого аппарата, не может быть выше равновесной, соответствующей концентрации исходного раствора, что ограничивает степень разделения.
При использовании флегмы (рис. 3) экстракт E1 направляется, как обычно, в установку для регенерации, где из него отгоняют возможно большее количество экстрагента Sрег. Однако в данном случае установка для регенерации является аналогом дефлегматора в процессе ректификации. Выходящий из нее остаточный продукт делится на две части: одна часть отводится в виде экстракта Eк, а другая часть возвращается в аппарат в виде флегмы Eфл. Поток флегмы, поступающей в аппарат на стороне отбора экстракта, вымывает из последнего частично или полностью растворенное в нем некоторое количество исходного растворителя (компонента А), причем удаленный из экстракта компонент, А в конечном счете переходит в рафинат. В результате степень разделения увеличивается и выход рафината возрастает.
Возврат части экстракта в виде флегмы, улучшая разделение и повышая чистоту конечных продуктов, приводит вместе с тем к увеличению расхода экстрагента (что эквивалентно большему расходу тепла при ректификации), увеличению размеров и удорожанию экстракционной установки. Поэтому выбор доли возвращаемого экстракта, соответствующей флегмовому числу при ректификации, должен производиться на основе технико-экономического расчета.
Отмечая сходство процессов экстракции и ректификации, где аналогом экстракта является паровая фаза, аналогом рафината -- жидкая фаза, а относительная летучесть компонентов подобна избирательности при экстракции, следует подчеркнуть, что эта аналогия не полная. Так, использование флегмы при экстракции связано с определенными ограничениями. Например, возврат флегмы должен быть таким, чтобы составы смесей жидкостей (экстракта и рафината) соответствовали двухфазной области на треугольной диаграмме, т. е. чтобы этот возврат не приводил к полной взаимной растворимости компонентов.
В принципе возможно также использование флегмы рафината, но ее применение значительно менее эффективно, чем орошение экстрактом, и, по видимому, нецелесообразно.
4. Низкотемпературная ректификация
Разделение сжиженных газовых смесей ректификацией проводят при очень низких температурах под избыточным давлением в аппаратах, несколько отличающихся от обычных. При этом продукты разделения получают полностью или частично в парообразном виде.
Отметим специфические особенности устройства разделительных аппаратов для газовых смесей на примере ректификации жидкого воздуха, получаемого методами глубокого охлаждения. Разделение воздуха осуществляют в одноколонных разделительных аппаратах, или в аппаратах одинарной ректификации, ив двухколонных аппаратах, или в аппаратах двойной ректификации.
Установки одинарной ректификации. Сжатый в компрессоре воздух после очистки от пыли, двуокиси углерода и водяных паров подается в теплообменник 1 (рис. 4), где охлаждается продуктами ректификации (кислородом и азотом). Затем воздух поступает в змеевик кипятильника 2 колонны, где он частично конденсируется, отдавая тепло жидкому кислороду, кипящему снаружи змеевика. Пары практически чистого кислорода отводятся нз кипятильника в теплообменник 1.
Частично сконденсированный воздух, пройдя через дроссельный вентиль 3, еще больше охлаждается. Смесь жидкого и парообразного воздуха поступает на верхнюю, тарелку ректификационной колонны 4. На тарелках колонны происходит обычный процесс ректификации: при многократном взаимодействии стекающей жидкости с поднимающимися снизу парами из последних конденсируется кислород (высококипящий компонент), а из жидкости испаряется азот (низкокипящий компонент). В результате из верхней части колонны удаляются пары азота, близкие к равновесию с подаваемым в колонну воздухом и поэтому содержащие примесь кислорода (не более 7--10%). В кипятильник колонны поступает чистый кислород. Как указывалось, кислород и технический азот направляются в теплообменник 1 для охлаждения сжатого в компрессоре воздуха.
Особенность устройства ректификационной колонны 4 заключается в том, что она не имеет дефлегматора и работает как колонна исчерпывания. Это объясняется тем, что практически невозможно подобрать охлаждающий агент для конденсации паров дистиллята (азота), так как для этой цели понадобилась бы жидкость, имеющая температуру более низкую, чем температура жидкого азота. Кроме того, в качестве исходной смеси и флегмы в колонну поступает воздух с очень низкой температурой, при которой точка пересечения рабочих линий может практически соответствовать составу дистиллята, что вообще устраняет потребность в дефлегматоре.
Существенным недостатком одинарной ректификации являются потери кислорода с азотом. Около одной трети кислорода удаляется с азотом, загрязняя его, и лишь две трети кислорода, находящегося в воздухе, сжимаемом в компрессоре, полезно используется.
Принципиально возможный способ повышения степени чистоты азота и увеличения выхода кислорода при разделении воздуха заключается в питании ректификационной колонны исходной смесью, более богатой азотом, чем обычный воздух. Этот принцип используется в установках двойной ректификации для разделения воздуха.
Показать Свернутьsinp.com.ua
