Вопрос 1. Пожарная опасность процесса абсорбции. Виды абсорберов. Пожарная опасность абсорберов. Опасность образования горючих концентраций в абсорберах.

Абсорбция, ректификация, экстракция, адсорбция, растворение, кристаллизация, сушка – относятся к массообменным процессам.

Абсорбция – процесс поглощения газов или паров из газовых или паровых смесей жидкими поглотителями (абсорбентами).

В основе процесса абсорбции лежит закон Рауля, согласно которому парциальное давление абсорбенту над раствором равно давлению пара чистого абсорбента, умноженному на его мольную долю в растворе:

р_аб = Р_аб(1-Х), где: р_аб – давление паров абсорбента над раствором; Р_аб – давление паров чистого абсорбента; Х - мольная доля абсорбированного газа в растворе.

Итак, абсорбция – поглощение веществ из смеси газов жидкостью.

Абсорбция, в отличие от адсорбции, происходит во всем объеме поглотителя – абсорбента.

Абсорбция – процесс избирательный и обратимый. Поэтому в сочетании с обратным абсорбции процессом десорбции он используется для разделения газовых смесей на отдельные компоненты.

Аппараты для проведения абсорбции (абсорберы или скруберы) делятся на три типа:

1. поверхностные - абсорберы, в которых контакт фаз создается между жидкостью газа и газом (паром) осуществляется в слое жидкости, растекающейся по насадке;

2. барботажные - абсорберы, в которых контакт фаз создается между потоками газа и жидкости (абсорбционные колонны);

3. распыливающие - абсорберы, в которых контакт фаз создается за счет разбрызгивания жидкости в газе с помощью форсунок.

Во всех случаях с помощью этих приемов достигается увеличение поверхности контакта фаз и движущей силы процесса массообмена.

Процессы абсорбции широко применяются для решения следующих задач:

1. Извлечения ценных компонентов из газовых смесей. Например, извлечение аммиака, паров бензола и других веществ из коксового газа.

2. Очистки газовых смесей от вредных примесей. Например, очистки природного газа от сероводорода, для санитарной очистки выпускаемых в атмосферу отходящих газов от сернистого ангидрида и т.д.

3. Как основная технологическая стадия ряда важнейших производственных процессов. Например, абсорбция серного ангидрида в производстве серной кислоты, абсорбция хлористого водорода в производстве соляной кислоты и т.д.

Абсорбенты обладают свойством селективности (избирательности).

Это значит, что каждый абсорбент лучше всего поглощает какие-то определенные газы и пары; другие составляющие газовой смеси им не поглощаются совсем или поглощаются незначительно.

В качестве абсорбентов во многих случаях используются горючие жидкости, а газовые и парогазовые смеси, поступающие на абсорбцию, часто также горючи (газовая смесь, поступающая на абсорбцию, называется абсорбтивом).

Поэтому подавляющее большинство абсорбционных установок пожаровзрывоопасны.

Количество горючих веществ, обращающихся в абсорбционной установке, можно определить из уравнения материального баланса.

При нормальной работе внутри абсорберов концентрация газопаровой фазы находится вне предела воспламенения, так как поступающие на абсорбцию смеси чаще всего не содержат кислорода.

Если на абсорбцию поступает паро- или паровоздушная смесь, возможны два случая:

1. начальная концентрация горючих компонентов больше верхнего предела воспламенения. В процессе абсорбции концентрация горючих компонентов будет уменьшаться и на определенном этапе может проходить через пределы воспламенения. Это опасно;

2. начальная концентрация горючих компонентов меньше нижнего предела воспламенения. Здесь возможны два варианта (в зависимости от величины рабочей температуры в абсорбере и нижнего температурного предела воспламенения абсорбента); в первом варианте - при t_р< t_нкпв горючие концентрации не образуются. Это имеет место при нормальной работе, когда в абсорберах поддерживается небольшая рабочая температура (процесс поглощения идет лучше при относительно низких температурах); во втором варианте - при t_р > t_нкпв могут образоваться горючие концентрации. Это может быть при нарушениях режима охлаждения абсорбента или исходной газовой смеси, поступающей на абсорбцию, в результате которых температура в абсорбере будет повышаться.

Опасность образования горючей среды имеется и в промежуточных емкостях, где находятся насыщенный поглощаемым компонентом абсорбент. В паровом пространстве этих емкостей также образуется пожароопасная концентрация горючих веществ.

При заполнении промежуточных емкостей насыщенным абсорбентом возможно образование горючих концентраций в местах выброса паровоздушной смеси наружу через дыхательные трубы.

Поэтому емкости оборудуют дыхательными клапанами, дыхательные трубы выводят за пределы производственных помещений и защищают огнепреградителями.

Абсорбционные процессы используются при разделении углеводородных газов и их очистке от примесей на нефтеперерабатывающих заводах, при очистке отходящих газов с целью извлечения ценных компонентов, например, аммиака, бензола из коксового газа, для обезвреживания газосбросов.

При подборе абсорбента необходимо учитывать два фактора.

С одной стороны - провести как можно более полное разделение гомогенной газовой смеси, с другой - чтобы возможным и не затруднительным был процесс десорбции.

Например, при очистке коксового, природного и других газовых смесей: от вредной примеси сероводорода, подобраны сорбенты, кото­рые дают с сероводородом нестойкие химические соединения такие, как этаноламиновые, мышьяковистые и др.

В промышленности процессы абсорбции обычно идут в аппаратах колонного типа, которые называются абсорберам, или скрубберами.

Аппараты бывают насадочного и тарельчатого типа.

И как было сказано выше, по способу образования поверхности соприкосновения различают три группы аппаратов: поверхностные, барботажные, распыливающие.

Поверхностные абсорберы используются для поглощения хорошо растворимых газов. В таких абсорберах поверхностью соприкосновения фаз является зеркало жидкости или поверхность текущей жидкостной плёнки. Наибольшее распространение получили насадочные абсорберы, представляющие собой колонну, заполненную насадкой - твёрдым телом.

К насадке предъявляются высокие требования. Она должна обладать развитой поверхностью и оказывать малое гидравлическое сопротивление потоку. Наиболее известный тип насадок - кольца Рашига. Материал таких колец - керамика, фарфор.

На рисунке 1а представлены разные типы насадок:

Рис.1а. Нерегулярные насыпные насадки: а-кольца Рашига; б –кольца Рашига с перегородками; в- кольца Палля; г- кольца Hу-Раk фирмы «Norton»; д – полукольца Levapak; е- кольца Cascad Mini-Rings фирмы «Glitsch»; ж –седла Берля; з- седла Инталлокс; и - седла Инталлокс фирмы «Norton»

В барботажных (тарельчатых) абсорберах поверхность распределения фаз разбивается потоком газа, распределяющегося в жидкости в виде пузырьков и струй. Различают колпачковые, ситчатые и провальные тарелки.

В распыляющих абсорберах контакт фаз создаётся путём разбрызгивания жидкости в газовом потоке.

Конструктивно они мало, чем отличаются от ректификационных колонн соответствующего типа.

Используются также абсорберы с разбрызгиванием, пленочные и поверхностные.

Процесс десорбции, то есть процесс выделения поглощенного газа из абсорбента, проводят отгонкой в токе инертного газа или водяного пара, путем подвода тепла к абсорбенту и путем снижения давления над абсорбентом.

Освобожденный от поглощенного газа абсорбент охлаждается и снова возвращается в абсорберы.

Пожарная опасность абсорберов заключается в следующем.

1. Образование горючих концентраций в местах выброса паровоздушной смеси через дыхательные трубы.

2. Повреждение абсорбционных аппаратов в результате повышения давления. Увеличение давления в результате возрастания гидравлического сопротивления. Давление в аппарате увеличивается по мере возрастания гидравлического сопротивления слоя насадки (или тарелок), при загрязнении насадки отложениями солей и другими твердыми отложениями. Поэтому предусматривается чистка насадки абсорберов от загрязнений в установленные технологическим регламентом сроки.

3. Повреждение абсорбционных аппаратов в результате действия коррозии. Интенсивная коррозия материалов абсорбционных аппаратов наблюдается при абсорбции химически агрессивных газовых смесей (сернистых соединений, галоидопроизводных и др.), а также при использовании в качестве абсорбентов водных растворов кислот и щелочей. Поэтому предусматривается применение коррозионностойких материалов, использование поверхностных методов защиты стенок аппаратов от коррозии, контролировать степенью износа материала.

Источники зажигания. В качестве специфических источников зажигания при осуществлении процесса абсорбции могут выступить пирофорные соединения (например, сульфиды железа), которые откладываются на стенках аппаратов, поэтому при остановке аппаратов на чистку и ремонт следует предпринимать соответствующие меры предосторожности:

1. медленное окисление в процессе продувки аппаратов водяным паром;

2. увлажнение стенок аппарата.

Пожарная опасность процессов десорбции, поскольку они чаще всего осуществляются перегонкой насыщенного абсорбента, может быть оценена с использованием методов оценки ректификационных установок.