Абсорбер — устройство для поглощения веществ¶

Абсорбер — аппарат или устройство, в котором газообразная смесь (парогазовая смесь) контактирует с жидким поглотителем (абсорбентом) и происходит извлечение одного или нескольких компонентов из газовой фазы в жидкую. Абсорбер относится к классу массообменного оборудования и широко применяется в химической, нефтехимической, газовой и пищевой промышленности для очистки газов, извлечения полезных компонентов и разделения смесей.

¶Принцип работы

Абсорбция основана на переносе вещества из газовой фазы в жидкую за счёт разности химических потенциалов компонента в обеих фазах. Процесс протекает на границе раздела фаз — поверхности контакта газа и жидкости. Скорость массопередачи определяется коэффициентом массообмена, разностью концентраций (или парциальных давлений) переносимого компонента и удельной поверхностью контакта фаз.

Различают физическую и химическую абсорбцию. При физической абсорбции компонент растворяется в абсорбенте без химического взаимодействия (например, поглощение углеводородов из газа масляным абсорбентом). При химической абсорбции между растворённым компонентом и абсорбентом образуется химическое соединение (например, поглощение сероводорода щелочными растворами, поглощение углекислого газа аминными растворами). Химическая абсорбция обычно идёт значительно быстрее и позволяет достичь более глубокой очистки газа.

¶Устройство и конструкция

Наиболее распространённая конструкция абсорбера — вертикальная колонна (тарельчатая или насадочная), заполненная специальными элементами, обеспечивающими контакт фаз.

¶Тарельчатые абсорберы

В тарельчатых колоннах газ поднимается снизу вверх через отверстия в горизонтальных тарелках, а жидкость стекает вниз, образуя слои на тарелках. Контакт фаз происходит при прохождении газа сквозь жидкий слой. Тарелки бывают колпачковые, ситчатые, клапанные и др.

¶Насадочные абсорберы

В насадочных колоннах контакт фаз обеспечивается за счёт насадки — инертных элементов различной формы (кольца Рашига, кольца Паллера, тарелки Панини, керамические и металлические сетки), увеличивающих удельную поверхность контакта. Насадка может быть случайной (насыпной) или упорядоченной (блочной, сетчатой). Насадочные абсорберы характеризуются большим гидравлическим сопротивлением, но обеспечивают высокую эффективность массообмена.

¶Другие конструкции

Кроме колонных абсорберов применяют абсорберы с механическими перемешивающими устройствами (сбрасыватели, диспергаторы), пенные абсорберы, в которых газ проходит через слой пены, образованной поглотителем, а также абсорберы с плёночным контактом, где жидкость стекает тонкой плёнкой по вертикальным стенкам или поверхности насадки.

¶Абсорбенты

Абсорбент — жидкость, поглощающая компонент из газовой смеси. К абсорбентам предъявляют ряд требований: высокая селективность по отношению к поглощаемому компоненту, низкая летучесть, химическая стабильность, низкая вязкость, коррозионная инертность, доступность и низкая стоимость.

Основные виды абсорбентов:

• Вода — применяется для поглощения аммиака, сернистого газа, хлороводорода и других хорошо растворимых в воде газов.
• Щелочные растворы (гидроксид натрия, карбонат натрия) — для поглощения кислых газов: сероводорода, углекислого газа, сернистого газа.
• Аминные растворы (моноэтаноламин, диэтаноламин, метилдиэтаноламин) — для глубокой очистки газов от углекислого газа и сероводорода.
• Органические растворители (масла, гликоли, N-метилпирролидон) — для извлечения углеводородов и других органических компонентов.
• Криогические жидкости (жидкий пропан, жидкий метан) — в газоперерабатывающей промышленности.

¶Применение

Абсорберы используются в широком спектре промышленных процессов:

• Газоочистка — удаление сероводорода, углекислого газа, сернистого газа, хлороводорода, аммиака, паров органических растворителей из промышленных и природных газов.
• Нефтегазопереработка — очистка природного и попутного нефтяного газа от кислых компонентов, извлечение гелия.
• Производство серной кислоты — поглощение оксидов серы из печных газов.
• Коксохимическое производство — извлечение бензола, толуола, ксилола из коксового газа.
• Пищевая промышленность — извлечение ароматических веществ, кофеина, эфирных масел.
• Атомная энергетика — выделение радиоактивных газов из воздуха.
• Охрана окружающей среды — снижение выбросов вредных веществ в атмосферу.

¶Основные характеристики

Эффективность абсорбера оценивают по степени извлечения (экстракции) поглощаемого компонента, которая определяется отношением количества компонента, перешедшего в жидкую фазу, к его исходному содержанию в газе. На процесс влияют температура, давление, соотношение газа и жидкости (жидкостный фактор), свойства абсорбента и конструкция аппарата.

Источники:

• Барский, В. И. Аппараты и оборудование химических производств / В. И. Барский. — М.: Химия.
• Кисликов, В. Ф. Процессы и аппараты химической технологии / В. Ф. Кисликов. — М.: Химия.
• Справочник по расчёту и проектированию абсорбционных и адсорбционных аппаратов / под ред. А. Н. Плановского. — М.: Химия.
• Романков, П. Г. Процессы и аппараты химической технологии / П. Г. Романков. — Л.: Химия.