Vegyipari műveletek II. Témakör: abszorpció Székely Edit BME VBK

Vegyipari műveletek II Témakör: abszorpció Székely Edit BME VBK [email protected]

Abszorpció • Abszorpció esetében a komponensátadás jellemzően a gázfázisból a folyadékfázisba történik. • Egyensúlyi vagy reaktív elválasztó művelet. Az első esetben a hajtóerő a kémiai potenciálkülönbség. • A gázkomponensek oldhatóságát folyadékban növeli a növekvő nyomás és a csökkenő hőmérséklet, ezért ezek jellemzően kedveznek az abszorpciónak. • Az ellentett folyamatot deszorpciónak hívják.

Abszorpció az iparban • Gáztisztítás – Gázmosók (abszorbens szempontjából jellemzően szakaszos művelet)

• Szervetlen savak előállítása (pl. salétromsav, kénsav) – Nagy kapacitású, folytonos abszorberek BASF, salétromsav, 4,9 m átmérő, 63 m magas, 36 szitatányér, beépített hűtés, 390 t

Az abszorpció múltja, jelene, jövője • Két vagy több illékony gázkomponenst tartalmazó elegy egyes komponenseinek szelektív elnyeletése folyadékban, a feladatra elterjedten használják kis labormérettől nagyüzemig . • Az elválasztás alapja a komponensek eltérő megoszlási hányadosa. Jellemzően szobahőmérsékleten és atmoszférikus vagy kissé megemelt nyomáson végzik. • Segédanyag hozzáadását igényli, de ez a segédanyag avagy oldószer legtöbbször a víz. • Jelentős hőeffektusokkal járhat (elegyedési • Számos elválasztási feladatnál más elválasztó műveletekkel (még) nem helyettesíthető.

A jó abszorbens • szelektíven és jól kell oldania az abszorbeálandó komponens(eke)t, vagyis a szolutumot, ill. abszorptívumot, azaz elérhető legyen vele a kívánt gázkinyerés, azaz a tervezett abszorpció, • kis viszkozitású legyen, mert akkor gyors az abszorpció és kicsi az abszorber nyomásesése, • kis tenziója legyen, hogy kevés legyen az oldószerveszteség, • egyszerű legyen a regenerálása, • használata gazdaságos legyen, • a környezetre ne legyen veszélyes.

Alapfogalmak • Fizikai abszorpció: az elválasztandó gázkomponens oldódik az abszorbensben, és a komponens oldódását a gáz- és a folyadékfázis közt beálló egyensúlyi viszonyok szabják meg. • Kemiszorpció vagy kemoszorpció, amikor a gáz abszorpcióját a folyadékfázisban kémiai reakció követi, és az abszorpció ezért nem tekinthető egyensúlyi folyamatnak. Abszorpció alatt általában az egyensúlyra vezető, más néven fizikai abszorpciót értjük, ezért a továbbiakban ezzel foglalkozunk, tehát ahol a jelenségeket a gáz–folyadék egyensúlyok írják le.

Alapfogalmak – Henry tv • Híg oldatok elegyek esetén igaz összefüggés pA  H xA

pA az A komponens parciális nyomása (Pa), xA az A komponens móltörtje (-), H a Henry-állandó.

pA  y A  H  x A P P az össznyomás (Pa), H’ = H/P, az ún. módosított Henry-állandó (-)

Alapfogalmak – egyensúlyi diagram

A Gibbs-féle fázisszabály értelmében két paramétert, jellemzően a hőmérsékletet és az összenyomást meg kell kötnünk.

Az anyagátbocsátás mechanizmusa • Egyirányú diffúzió • Fázishatáron egyensúly

Egy fokozatú, egyenáramú abszorpció • Csak különösen jól oldódó gázkomponensek esetén használatos • Fázisok intenzív érintkeztetése majd elválasztása • Egy elméleti fokozat

Többfokozatú abszorpció • Mérlegegyenletek • Híg oldatok esetén analóg a munkavonal felírása a desztillációnál tanultakkal • Nagyobb koncentrációk esetén jelentős az átoldódó komponens mennyisége • Solutum mentes áramok és összetétételek alkalmazásával a biztosítható a gáz és folyadékáram matematikai „állandósága” az oszlopon belül. • Kremser egyenlet (a megoszlási hányados állandó, azaz az egyensúlyi görbe egy egyenes)

Minimális folyadédékarány

Abszorpció

Gáz KI

y 0,1 y1

x0

y2

x1

y3

x2

y4

x3

y5

x4

y6

x5

y7

x6

y8

x7

y8

1

Oldószer

0,08

BE

2 0,06

3 4

0,04

5 0,02

6 7

Gáz BE

y1

0 0,01

0 x0

Oldószer KI

0,02

0,03

0,04

0,05 x7 x

A villogó nyilaknak megfelelő áramok összetételei (ideális oszlop esetén) az ábrán villogó pont koordinátáit határozzák meg.

Töltött abszorber • Mérlegegyenlet a dz magasságú oszlopszakaszra • NTU- HTU kifejezése és alkalmazása • HETP módszer alkalmazása

Abszorpció - deszorpció

Jegyzet: 1.2 fejezet

KÖSZÖNÖM A FIGYELMÜKET!

Kémiai és Környezeti Folyamatmérnöki Tanszék

Extrakció Vegyipari műveletek II. segédanyag Székely E.,

Alapelv Keverés

Anyagtranszport

Fáziselválasztás extraktum

Oldószer fázis

raffinátum

Betáp

Anyagbocsátás - a határfelületig - át a határfelületen

- a határfelülettől a főtömegig - diffúziós vagy reaktív

18

Témakörök • Fázisegyensúlyok – Kétkomponensű elegy (P=állandó) – Háromkomponensű elegy (P, T = állandó)

• Alapvető típusok – Szakaszos egyfokozatú – Szakaszos többszöri – Folyamatos egyfokozatú – Folyamatos ellenáramú folyadék-folyadék extrakció.

Szakaszos egyfokozatú folyadék-folyadék extrakció - Általános anyag és komponensmérleg - Megoldás, ha - a megoszlási hányados (m) független a koncentrációtól és a fázisarány (f) állandó, azaz az extrakciós tényező (F) állandó - a megoszlási hányados koncentrációfüggő, de a fázisarány állandó - sem m sem f sem állandó.

Szakaszos többfokozatú folyadék-folyadék extrakció - Általános anyag és komponensmérleg - Megoldás, ha - a megoszlási hányados (m) független a koncentrációtól és a fázisarány (f) állandó, azaz az extrakciós tényező (E) állandó - a megoszlási hányados koncentrációfüggő, de a fázisarány állandó - sem m sem f sem állandó.

Folyamatos extrakció – keverő-ülepítő extraktor

22

Folyamatos ellenáramú extrakció

- Általános anyag és komponensmérleg - Megoldás, ha - a megoszlási hányados (m) független a koncentrációtól és a fázisarány (f) állandó, azaz az extrakciós tényező (F) állandó - a megoszlási hányados koncentrációfüggő, de a fázisarány állandó - sem m sem f sem állandó.


24

Keverő-ülepítő extraktor telep

Ellenáramú extrakció A) 3 elemű mixer-szettler rendszer

1. lépés

2. lépés

3. lépés

Határfelület

B) Extrakciós oszlop

26

Készülék választás sémája Folyadék-folyadék extrakció Egy lépcső

Több lépcső Egyenáramú

Mixer Settler

MSB Sorba kapcsolt egyedi rendszerek Elemes felépítés Torony design 27

Extrakciós oszlop

Centrifugális extraktor Enargiaközlés nélkül

Szeparátorok

Tányéros szeparátor Kamrás szeparátor

Ellenáramú

Podbielniak Tubuláris centrifuga Quadronic

Energiaközléssel Keveréssel

Pulzálással

Permetező oszlop

Scheibel

Rendezetlen töltetes oszlop

Rendezetlen töltet

RZE Kühni

Rendezett töltet

Szitatányéros oszlop

Rendezett töltet

SHE RDC ARD

Szitatányér: a) Pulzáltatott folyadék: PSE b) mozgó tányérok: Karr



Mixer - Settler MSB Sorba kapcsolt egyedi rendszerek Elemes felépítés Torony design 28

Extrakciós oszlop


Szeparátorok


Ellenáramú



Pulzálással

Permetező oszlop

Scheibel


Rendezetlen töltet

RZE Kühni

Rendezett töltet


Rendezett töltet

SHE RDC ARD



29

Keverő-ülepítő extraktor telep

Mixer-Settler – box felépítés

Keverési zóna

31

Szétválási zóna

LP

HP

HP

LP

Mixer - settler – oszlop kialakítás

32

Nehéz fázis be

Könnyű fázis ki

Könnyű fázis be

Nehéz fázis ki

Több lépéses mixer - settler

33

Mixer-settler telep

34

Réz extrakció mixer-settlerben

35

Cobalt extrakciós telep

36

Kasese Cobalt company Ltd.



Mixer Settler


Extrakciós oszlop


Szeparátorok Tányéros szeparátor Kamrás szeparátor

Ellenáramú



Pulzálással

Permetező oszlop

Scheibel


Rendezetlen töltet

RZE Kühni

Rendezett töltet


Rendezett töltet

SHE RDC ARD


Graesser érintkeztető

38

Keverő-ülepítő – Szeparátorok Kamrás-Westfalia szeparátorok

39

Tányéros szeparátor

40



Mixer Settler


Centrifugális extraktor

Szeparátorok



Ellenáramú Extrakciós oszlop

Enargiaközlés nélkül


Pulzálással

Permetező oszlop

Scheibel


Rendezetlen töltet

RZE Kühni

Rendezett töltet


Rendezett töltet

SHE RDC ARD


Podbielniak-extraktor

42

Centrifugális extraktor (Podbielniak-Extraktor)

43

Quadronic folytonos érintkeztetésű centrifugális extraktor

44



Mixer Settler



Extrakciós oszlop


Szeparátorok


Ellenáramú


Pulzálással

Permetező oszlop

Scheibel


Rendezetlen töltet

RZE Kühni

Rendezett töltet


Rendezett töltet

SHE RDC ARD


Energiaközlés nélküli oszlopok

46

Szitatányéros oszlop F: betáplálás S: oldószer E: extraktum R: raffinátum

47



Mixer Settler



Extrakciós oszlop


Szeparátorok


Ellenáramú


Pulzálással

Permetező oszlop

Scheibel


RZE Kühni

Rendezetlen töltet


Rendezett töltet

SHE RDC ARD

Rendezett töltet


RDC= Rotation disc contactor oszlop

49

ARDC= Asymetric RDC oszlop

1. 2. 3. 4. 5.

50

Válaszfal terelőlemez tányér tengely korong

Oldshue-Ruston oszlop

Scheibel oszlop

52

Kühni-extraktor

53



Mixer Settler



Extrakciós oszlop

Centrifugális extraktor Energiaközlés nélkül

Szeparátorok


Ellenáramú


Pulzálással

Permetező oszlop

Scheibel


Rendezetlen töltet

RZE Kühni

Rendezett töltet


Rendezett töltet

SHE RDC ARDC


Pulzáltatott szitatányéros extrakciós oszlop LP Fázishatár HP

Szitatányérok

LP

HP Pulzátor 55

Pulzáltatott oszlop működése

Karr oszlop

Perforated plates: perforált tányérok Baffle plate: terelő lemez Tie rods and spacers: falkötővas és távtartó Light phase in/out: könnyű fázis be/ki Heavy phase in/out: nehéz fázis be/ki 57

Karr oszlop

58

Jó tanulást!

Köszönjük Dipl. – Ing. Werner Bäcker (Bayer Technology Services) segítségét.

Vegyipari műveletek II. Témakör: abszorpció Székely Edit BME VBK

Recommend Documents