Absorbtia gazelor

  • View
    497

  • Download
    9

Embed Size (px)

Text of Absorbtia gazelor

Deshidratarea gazelor naturale in campurile de gaze prin procedeul de absorbtie1.Absorbtia fizica Absorbtia este un fenomen de transfer de masa intre doua faze, determinat de gradientul de concentratie din fiecare faza. Schimbul de substanta dintre faze se face pana la echilibru, cand schimbul de masa inceteaza si concentratia dintre cele doua faze devine constanta. Deplasarea moleculelor se face de la nivelul ridicat catre cel scazut. Difuziunea din faza gazoasa in faza lichida datorita unui gradient de concentratie, in directia difuziunii intimpina o anumita rezistenta, atribuita unui film subtire de gaz sau de lichid de la interfata gazelor. Pentru masa transportata dintr-o faza in cealalta s-au stabilit ecuatii de transport de masa, in care intervin coeficientii de transport pentru filmul de gaz si de lichid si fortele motrice de difuziune din cele doua faze, gazoasa si lichida. Diferenta dintre concentratia pe care ar trebui sa o aiba componentul in faza gazoasa, pentru a fi in echilibru cu faza lichida si concentratia reala a acesteia in faza gazoasa, s-a considerat forta care determina transferul de masa. Folosindu-se legea lui Friek, s-a stabilit relatia care arata ca coeficientul de transport este proportional cu coeficientul de difuziune si invers proportional cu grosimea filmului. Absorbtia este controlata de filmul de gaz, in cazul componentilor solubili, deoarece acesti componenti trecuti prin gaz sunt absorbiti cu mare aviditate de lichid, incat rezistenta lichidului, produsa de diferenta de concentratii interfata-lichid, este neglijabila. Absorbtia in cazul unui component putin solubil este controlata de rezistenta filmului de lichid. In acest scop, din cauza insolubilitatii componentului in lichid, tendinta lui de a trece in lichid este foarte mica. In cazul componentilor cu solubilitate medie, factorul care controleaza absorbtia este rezistenta ambelor filme.

Exista mai multe teorii la adresa fenomenului de absorbtie, dintre care cele mai importante sunt: Teoria celor doua filme a lui Withman si Lewis Teoria penetratiei a lui Higbie Teoria lui Danekworts Teoria lui Kishinevsky si Pamfilov, etc. Dintre aceste teorii, cea mai raspandita este teoria celor doua filme, care admite existenta la interfata lichidgaz a doua filme, unul gazos si unul lichid in curgere laminara.In centrul stratelor gazoase si lichide, regimul va fi turbulent; la interfata cele doua faze sunt in echilibru. In toate teoriile se ivesc dificultati experimentale, datorita unor multiple si complexe probleme si aspecte care privesc coloanele de absorbtie cu umplutura, considerate cele mai eficace si mai economice. Deasemenea aceste teorii nu rezolva si nu explica toate conditiile in care se efectueaza transferul de masa, care este ,in general, puternic influentat de regimul hidrodinamic al curgerii fluidelor puse in contact. Transferul unui component din faza gazoasa in faza lichida cand cele doua faze sunt in contact se realizeaza in mai multe faze succesive; - migrarea moleculelor componentului din faza gazoasa spre interfata gaz-lichid sau suprafata libera a lichidului; - trecerea moleculeler, ajunse la suprafata lichidului, din faza gazoasa un faza lichida; - deplasarea moleculelor in interiorul fazei lichide. In imediata vecinatate a interfetei dizolvarea componentului solubil provoaca o saracire a fazei gazoase si o imbogatire a fazei lichide. Asadar de o parte si de alta a interfetei exista doi gradienti de concentratie localizati in cele doua filme. Tehnologia absorbtiei. In echilibru cu lichidul, in care s-au solvit, gazele prezinta presiuni partiale diferite.Gazele foarte putin solubile dizolvate in lichid in cantitati mici prezinta presiuni partiale foarte mari. Cu cat presiunea partiala a unui gaz dizolvat este mai mica, pana la o anumita concentratie, cu atat este mai solubil.

Pentru a obtine o solutie gaz-lichid de o anumita concentratie cu un component putin solubil sau insolubil este necesar o presiune partiala a gazului mai mare. Un component foarte solubil va da o solutie gaz-lichid de aceeasi concentratie, la o presiune partiala mult mai mica. O solutie de gaz-lichid, la o temperatura si la o concentratie data exercita o anumita presiune. Si in procesul de absorbtie a unui component dintr-un amestec in faza gazoasa de catre un lichid, practic nevolatil, se stabileste un anumit echilibru determinat de raportul dintre concentratia lichidului si concentratia vaporilor. Folosindu-se legea mai generala a lui Henry ( p = H x unde H este constanta care depinde de temperatura si de natura gazului; p este presiunea partiala a gazului; x este fractia molara a gazului in faza lichida) pana la anumite presiuni partiale si legea lui Raoult ( p = P x unde p este presiunea partiala a componentului lichid; P este presiunea de vapori a componentului; x este fractia molara a componentului in faza lichida) s-au stabilit relatii matematice care exprima echilibrul de faze. Considerand operatia izotermica iar presiunea partiala a componentului dizolvat in lichid, fiind cea data de legea lui Henry, s-au stabilit curbe de echilibru care reprezinta relatia dintre compozitia fazei vapori si fazei lichide in sistemul de coordonare, Y, X. O buna absorbtie se realizeaza atunci cand in faza gazoasa nu mai ramane nimic sau foarte putin din elementul recuperabil si cand in faza lichida se dizolva total sau cat mai mult din acest component. Din amestecuri fiecare component se va dizolva in absorbant proportional cu presiunea sa partiala. Cu cat componentul se afla intr-o cantitate mai mica in amestec, cu atat presiunea sa partiala va fi mai mica, cu atat se va dizolva mai greu si va necesita o presiune totala mai mare. La presiuni mai mari se vor dizolva si alti componenti nedoriti. S-a precizat ca fiecare component se dizolva intr-un absorbant proportional cu presiunea sa partiala, dar si in functie de caracteristicile absorbantului.

Industrial metoda absorbtiei, s-a apicat si s-a dezvoltat prin mai multe procedee, variante si scheme tehnologice pentru separarea amestecurilor de hidrocarburi si pentru deshidratarea gazelor naturale, gazelor de rafinarii, etc. Absorbtia se realizeaza prin contactare continua si in contracurent a vaporilor cu un lichid absorbant in coloane cu o mare suprafata de contact. Componentii contactati in masa absorbantului sunt desorbiti cu ajutorul unui agent cu capacitate calorica mare sau prin incalzire directa si recuperarea componentilor dezirabili prin racire, condensare, separare. Gradul de deshidratare depinde de cantitate de apa extrasa din solutie (lichid higroscopic-apa) in coloanele de desorbtie, numite si coloane de regenerare. Fazele de absorbtie si desorbtie se realizeaza intr-un proces continuu si eficace cand lichidul absorbent are o mare afinitate si capacitate de incarcare pentru vaporii de apa. Absorbtia in lichide higroscopice. Se bazeaza pe proprietatea unor compusi organici de a absorbi la temperaturi mai scazute umiditatea pe care o cedeaza apoi la temperaturi mai ridicate, destul de usor. Circuitul tehnologic al unei instalatii de deshidratare de tip cu talere Gazele umede sunt circulate printr-un scruber, unde se retin particulele solide si lichide antrenate si condensatul si apoi sunt introduse in coloana de absorbtie.Gazele circula de jos in sus in contracurent cu absorbantul care circula dinspre varful coloanei in jos si absoarbe vaporii de apa din gaze. Gazele uscate ies din coloana pe la varf, iar absorbantul incarcat cu umiditate este dirijat spre instalatiile de regenerare, trecand printr-un vas de expansiune, un filtru si un schimbator de caldura cu glicol fierbinte sarac. Mai inainte de intrare in coloana de distilare glicolul fierbinte este expandat. Vaporii din vasul de expansiune pot fi folositi ca gaze de stripare. Striparea consta in indepartarea apei ramase in absorberul regenerat prin contactarea lui cu gaze fierbinti.

Absorbentul reconcentrat in regenerator, este introdus intr-un vas tampon de unde este pompat inapoi in coloana de absorbtie pentru continuarea ciclului. Circuitul tehnologic al unei instalatii de deshidratare cu umputura de tip orizontal. Tipul acesta de instalatie cuprinde un echipament mai mic si mai compact in compartie cu precedentul (scruberul este integrat, de obicei, in coloana de contactare). Procesul de deshidratre este aceelasi, dar unele circuite difera insa. Gazele circula in echicurent cu absorbentul sarac; contactarea se realizeaza cu umpluturi de caramida, de sarma de otel sau orice alt material care asigura o suprafata de contact cat mai mare si mai stabila. Proiectarea instalatiilor industriale Proiectarea instalatiilor de deshidratare cu absorbanti organici, higroscopici, se bazeaza si este determinata de mai multi factori, dintre care mai imprtanti sunt: debitul maxim de gaze, temperatura maxima de intrare a gazelor, presiunea gazelor, continutul de hidrocarburi si impuritati din gaze, scaderea impusa a punctului de roua, pierderi admisibile de absorbent, debit maxim de aplicat recirculat. Experimentele si practica a dovedit ca instalatiile de deshidratare chibzuit dimensionate, montate si amplasate, prezinta o serie de avantaje: -pierdere de presiune redusa; posibilitati de deshidratare a gazelor cu temperaturi ridicate, cu presiuni joase; realizari ale punctelor de roua in raport cu cerintele. Absorbantii higroscopici necesita o alegere atenta in utilizarea lor, astfel trebuie sa indeplineasca anumite conditii: - sa nu reactioneze chimic cu gazele sau cu impuritatile din gaze - sa nu modifice compozitia gazelor (retinerea unor anumiti componenti) - sa fie stabil termic - sa nu fie corosiv - sa se regenereze usor, in instalatii simple si ieftine - sa fie disponibil, ieftin si sa se manipuleze usor - sa nu fie antrenat in proportie mare (antrenari lichide sub forma de ceata sau prin evaporare)

- sa nu spumeze, emulsioneze, congeleze, precipite in timpul operarii instalatiilor - sa nu aiba