2.1. Вловлювання газоподібних сполук методом абсорбції.

Під фізичним процесом абсорбції розуміють окремий випадок сорбції (поглинання газів або парів рідинами), а саме поглинання речовин із суміші газів рідинами з утворенням розчинів. Рідини, які використовуються для поглинання газоподібних домішок, називають абсорбентами. При абсорбції поглинання речовини проходить у всьому об'ємі поглинювача. Фізична сутність процесу абсорбції пояснюється так званою теорією плівки, згідно з якою при дотику рідини та газів на поверхні розділу фаз утворюється рідинна та газова плівка.

За рахунок сил дифузії, розчинний в рідині компонент газоповітряної суміші проникає спочатку крізь газову плівку, а потім - крізь рідинну і потрапляє у внутрішні шари абсорбенту, розподіляючись в його об'ємі. Для проходження процесу дифузії необхідно, щоб концентрація вловлюваного компоненту в газоповітряній суміші була вищою, ніж його рівноважна концентрація над поверхнею рідини. Чим менш насичений розчин, тим більше газу він поглинає. Якщо концентрація вловлюваного компоненту в газовій суміші менша, ніж його рівноважна концентрація над поверхнею рідини, дифузія проходить в зворотному напрямку. При цьому спостерігається ви­ділення розчиненого компоненту із розчину в газову фазу. Це явище називають десорбцією і воно використовується для вилучення поглинутих речовин із абсорбенту для їх утилізації або регенерації абсорбенту.

Поглинаючу рідину (абсорбент) вибирають з врахуванням таких умов:

а) абсорбент повинен якомога краще розчиняти вловлюваний компонент газоповітряної суміші;

б) повинна бути значна різниця розчинності компоненту газової суміші в абсорбенті від температури, абсолютного та парціального тиску;

в) повинна бути якомога, нижча в'язкіспгь абсорбенту.

Прискоренню процесу абсорбції сприяє:

1) підтримання на високому рівні перепадів концентрацій компоненту в газі та в абсорбенті;

2) створення великих поверхонь контакту газової суміші та поглинювальиої рідини;

3) вибір оптимальних температур та тисків.

Як промивна рідина (абсорбент) можуть використовуватись не тільки вода та водні розчини, але і органічні розчинники.

На практиці, схеми реалізації методу абсорбційної очистки промислових викидів від газоподібних забруднень охоплюють в себе вузли абсорбції та десорбції. Десорбція розчиненого газу (або регенерація абсорбенту) досягається зниженням загального тиску (або парціального тиску вловлювальної домішки), підвищенням температури або одночасним використанням цих факторів.

Процес абсорбції можна здійснити в апаратах різного типу, в яких забезпечується необхідна поверхня контакту очищуваного газу з абсорбентом. Використовують абсорбційні колони, порожнисті, насадочні, пінні та інші скрубери, інші апарати.

Об'ємні витрати рідини в апаратах розраховують:

V_р = m / (X_п – X_к), де

m - маса домішок, що підлягають видаленню;

Х_л, Х_к - початкова і кінцева концентрація шкідливої домішки в рідині.

Площу контакту газу з рідиною в апараті розраховують:

S =( m*10³) / (k_a*p_c), де

k_a - коефіцієнт абсорбції;

p_c - середня рушійна снла абсорбції. Значення Ар_с завжди вище при зустрічному русі газу та рідини.

Найбільшого поширення як абсорбери набули башти з ковпачковими тарілками. Схема тарілчастого абсорбера показана на рис. 1.

Рис. 1. Схема тарілчастого абсорбера

Тарілчастий абсорбер складається з ряду тарілок (1), які осна­щені ковпачками (2) зі зубчастими краями, патрубками (3) та переливними трубками (4). Працює абсорбер за принципом протитечії - абсорбент рухається зверху вниз, переливаючись із тарілки в тарілку переливними трубам, а очищуваний газ знизу вгору патрубками, проходячи між зубцями тарілки та барботуючи крізь шар абсорбенту.

Процес абсорбції може проходити як безперервно, так і періодично. При періодичній абсорбції, процес проводять до повного насичення абсорбенту, після чого проводять або заміну абсорбенту, або його ре­генерацію. При такій схемі в устаткуванні є група абсорберів, частіша яких працює в режими абсорбції, а частина - в режимі десорбції. При безперервному процесі абсорбції безперервно подають свіжий абсорбент.

Співвідношення між об'ємними витратами абсорбенту Q_а та очищуваного газу Q_г в абсорбері визначають за умови:

Q_г х (Y₁ - Y₂) = Q_а х (Х₂ – X₁), де:

Y₁ та Y₂ - початкова та кінцева концентрації компоненту газу, який поглинається, відповідно в очищувальному газі та абсорбенті, г/м³.

За цими даними, а також за необхідною площею поверхні контакту газу та абсорбенту і допустимою швидкістю газу вибирають розмірабсорбера обраної конструкції.