Абсорбция окислов азота

Содержание
Абсорбция
Виды абсорбции
Абсорбция газов
Статика абсорбции.
Регенерация абсорбентов
Абсорбция окислов азота

Абсорбция
Абсорбция (лат. absorptio от absorbere — поглощать) — это явление поглощения сорбата всем объёмом сорбента. Абсорбция — частный случай сорбции.

Виды абсорбции
Различают физическую абсорбцию и хемосорбцию.
При физической абсорбции процесс поглощения не сопровождается химической реакцией.
При хемосорбции абсорбируемый компонент вступает в химическую реакцию с веществом абсорбента.

При физической абсорбции энергия взаимод. молекул газа и абсорбента в р-ре не превышает 20 кДж/моль.
При химической абсорбции (или абсорбция с хим. р-цией, часто наз. хемосорбцией) молекулы растворенного газа реагируют с активным компонентом абсорбента-хемосорбентом (энергия взаимод. молекул более 25 кДж/моль) либо в р-ре происходит диссоциация или ассоциация молекул газа.

Промежут. варианты абсорбции характеризуются энергией взаимод. молекул 20-30 кДж/моль. К таким процессам относится растворение с образованием водородной связи, в частности А. ацетилена диметилформамидом.

Статика абсорбции
Характеризует термодинамич. равновесие р-ра с паро-газовой смесью, а также материальный и энергетич. балансы процесса. При физ. абсорбции с образованием идеального р-ра для р-рите-ля и растворенного газа во всем интервале изменения состава в соответствии с законом Рауля растворимость газа:

где Р°2- давление паров над чистым сжиженным газом при данной т-ре системы;
р2 - парциальное давление газа; звездочкой обозначаются параметры в-ва в условиях равновесия.
Индексы "1" и "2" относятся соотв. к р-рителю и газу.

Зависимость растворимости газа от температуры как при физ., так и при хим. абсорбции приближенно описывается ур-нием:

При расчете скорости абсорбции часто используют коэф. массо-передачи, определяемые по гипотетич. поверхностным составам и, следовательно, по гипотетич. движущим силам. Обычно принимают, что коэф. массопередачи, отнесенный к концентрации в газе, Кг [кмоль/(м2 *МПа*с)] обусловлен движущей силой (у2-у*2), где у*2-молярная доля поглощаемого компонента в газе, к-рая отвечает равновесию с жидкостью, имеющей средний объемный состав х2; у2 -средний объемный состав газа в данном сечении аппарата.

Тогда получим:
Аналогично можно найти движущую силу
(x*2 — х2) и коэф. массопередачи Кж.

Абсорбция осуществляют в массообменных аппаратах, наз. абсорберами,-тарельчатых, насадочных (устаревшее название-скрубберы), пленочных, роторно-пленочных и распылительных. Схема материальных потоков в абсорбере представлена на рис. 3. Связь между концентрациями поглощаемого компонента в газе у2 и в жидкости в любом горизонтальном сечении аппарата находят из ур-ния материального баланса (т. наз. ур-ние рабочей линии).

В общем случае это ур-ние имеет вид:
где L и G-расходы жидкости и газа. Когда
объемы фаз в ходе абсорбции
изменяются незначительно, рабочая
линия-прямая:

Абсорбция газов 1
Абсорбция газов (лат. absorptio, от absorbeo-поглощаю), объемное поглощение газов и паров жидкостью (абсорбентом) с образованием раствора. Применение абсорбции в технике для разделения и очистки газов, выделения паров из паро-газовых смесей основано на разл. р-римости газов и паров в жидкостях.

Абсорбция газов 2
Согласно закону Генри растворимость газа в жидкости пропорциональна давлению, под которым газ находится, но при условии, что газ при растворении не образует новых соединений и молекулы его не полимеризуются.

Абсорбция газов 3
Абсорбция газов пористыми телами была впервые замечена и изучена почти одновременно Фонтаном и Шееле в 1777 г., а затем подвергалось исследованию многими физиками, а особенно Соссюра в 1813 г.

Основы технологии абсорбционных процессов
Основы технологии абсорбционных процессов. А. часто осуществляют в виде абсорбционно-десорбционного цикла (циклич. процесс), однако стадия десорбции может отсутствовать, если в результате А. получают готовый продукт или регенерация поглотителя невозможна (разомкнутый процесс).

Для снижения расхода энергии иногда применяют двух- и многопоточные схемы с отводом грубо- и тонкорегенерированного р-ров в разных сечениях десорбера и подачей их в разл. точки абсорбера либо направляют насыщ. р-р абсорбента в разные точки десорбера и т.п.

На рисунку : Принципиальная схема абсорбционно-десорбционного цикла: 1 -абсорбер; 2-насос; 3-десорбер; 4 - холодильник; 5-теплообменник; 6-кипятильник; 7 - конденсатор.

Регенерация абсорбентов
Регенерацию абсорбентов (десорбцию газов) можно проводить снижением давления (вплоть до вакуумирования), нагреванием, отдувкой плохо р-римыми газами и парами кипящего абсорбента, а также сочетанием этих приемов.

Абсорбции окислов азота
На многих предприятиях в
атмосферу выбрасываются значительные количества NO2, N2O3 и паров азотной
кислоты. Высоко окисленные окислы азота и пары НNО3 хорошо поглощаются
водными растворами щелочей в аппаратах любого типа с образованием ценных
нитрит-нитратных солей. В отдельных случаях и окислы азота при их небольшом
содержании могут поглощаться такими поглотителями (раствор мочевины и др.),
которые обеспечивают разложение окислов азота на нейтральные продукты.

При поглощении окислов азота раствором мочевины происходит восстановление
их до N2 и H2O по уравнению:
N2O3 + (NH2)2CO = СО2 + 2Н2О + 2 N2.
Поглощение окислов азота раствором мочевины производится в механическом абсорбере с большим числом оборотов.

Методы адсорбции окислов
азота из газов твердыми сорбентами позволяют осуществить тонкую очистку газа от окислов азота, а также получить концентрированные окислы азота путем десорбции их из сорбента изолированным теплоносителем.

Наиболее эффективным сорбентом являлся активированный уголь, однако в процессе адсорбции и особенно десорбции он быстро окисляется, вследствие чего возникает опасность самовозгорания сорбента; кроме того, активированный уголь имеет низкую механическую прочность. Алюмогель имеет сравнительно небольшую адсорбционную емкость и недостаточную стойкость.

В качестве твердых сорбентов исследованы активированный уголь,
силикагель, алюмогель, алюмосиликат и синтетические цеолиты. Лучшим из
испытанных сорбентов являются синтетические цеолиты и алюмосиликат; первые три сорбента непригодны для длительной адсорбции окислов азота.
Синтетические цеолиты имеют сильно развитую поверхность и обладают хорошими сорбционными свойствами.

Алюмосиликатный сорбент является эффективным поглотителем окислов азота и высокостойким в процессе регенерации. Сочетание его высокой поглотительной способности с механической прочностью, твердостью и термостойкостью определяет целесообразность его применения для сорбции окислов азота.

Кроме того, алюмосиликатный сорбент каталитически ускоряет процесс окисления NO, что позволяет применять его для очистки среднеокисленных газов.

По закону Дальтона из смеси газов каждый газ растворяется в жидкости пропорционально своему парциальному давлению, вне зависимости от присутствия остальных газов. Степень растворения газов в жидкости определяется коэффициентом, показывающим, сколько объёмов газа поглощается в одном объёме жидкости при температуре газа 0° и давлении в 760 мм.

Коэффициенты абсорбции для газов и воды вычисляются по формуле α = А + Вt + Ct², где α — искомый коэффициент, t — температура газа, А, В и С — постоянные коэффициенты, определяемые для каждого отдельного газа. По исследованиям Бунзена коэффициенты важнейших газов имеют такие: