Materiile prime gazoase sunt de origine naturală și industrială. Materiile prime naturale sunt reprezentate de gazele de hidrocarburi (gaze naturale) și de aer. Deoarece gazele gazoase de materii prime de origine industrială utilizată producția de cocs (gaz de cocserie), gaze de petrol (gaze asociate), gaze de industriile metalurgică de prelucrare a gazelor combustibile solide (gaz).
Metode pentru îmbogățirea sistemelor gazoase multicomponente (sau purificarea și separarea amestecurilor de gaze) pe baza diferenței în proprietățile componentelor amestecului (de exemplu, diferența de puncte de fierbere, solubilitate într-un solvent, capacitate de sorbție).
Să dăm exemple de purificare și separare a amestecurilor de gaze care au loc în industria anorganică.
- aerul separat în azot și oxigen; azotul este utilizat în producția de amoniac și oxigenul este utilizat ca oxidant în industria chimică și în metalurgie. În plus, argonul este eliberat din aer;
- amoniacul este recuperat din gazul de cocserie sub formă de sulfat de amoniu; hidrogen, utilizat în continuare pentru prepararea unui amestec de azot-hidrogen; și hidrogen sulfurat, care este utilizat pentru a produce acid sulfuric.
- Gaz natural utilizat în producția de amoniac, purificat din compuși care conțin sulf;
- Gazul de producere a amoniacului este purificat din dioxid de carbon;
- înainte de coloana de sinteză a amoniacului, amestecul azot-hidrogen este purificat din urme de compuși care conțin oxigen (CO și CO2).
Există următoarele metode de bază pentru separarea amestecurilor de gaz: condensare, metode de sorbție, separare cu membrană.
Esența metodei de condensare este aceea că, atunci când amestecul de gaz este răcit, componentele cu punct de fierbere mai mari se condensează mai întâi și se separă în separatoare. În producerea de amoniac sintetic prin condensare, amoniacul este separat de amestecul azot-hidrogen nereacționat. Din gazul de cocsificare, hidrogenul este eliberat prin răcire fracționată.
Metodele de sorbție se bazează pe capacitatea de sorbție diferită a componentelor de către un absorbant. Procesul, inversul sorbției, se numește desorbție. Sorbția și desorbția sunt două procese interdependente. Atunci când viteza de sorbție este egală cu rata de desorbție, se stabilește un echilibru dinamic. Condițiile favorabile pentru sorbție, adică pentru absorbția gazelor, sunt temperatură scăzută și presiune înaltă. Condițiile favorabile pentru desorbție sunt temperatură ridicată și presiune redusă.
În procesele de adsorbție, adsorbția și absorbția sunt izolate.
Adsorbția este procesul de absorbție a uneia sau mai multor componente ale unui amestec de gaze printr-o suprafață solidă a unui adsorbant. Procesul de absorbție (purificare) se realizează în aparate numite adsorbere. Adsorbantul poate fi: cu un strat fix de adsorbant, cu un strat în mișcare și, de asemenea, cu un pat fluidizat. Adsorbantul funcționează în modul "adsorbție-desorbție".
În timpul purificării gazului, adsorbantul este mai întâi saturat cu o impuritate a componentelor gazoase (se numește un adsorbat), atunci când condițiile de proces se schimbă, desorbția urmează, rezultând adsorbantul fiind restabilit. Ca adsorbant folosit: carbon activ, zeoliți, pahare poroase.
Absorbția este absorbția selectivă a unuia sau mai multor componente ale unui amestec de gaze printr-un absorbant de lichid (absorbant). Ciclul de producție include absorbția (la temperaturi scăzute și presiuni ridicate) și desorbția substanței absorbite (cu încălzire și reducerea presiunii). Ca absorbanți, solvenții organici și anorganici sunt utilizați în mod obișnuit. Ca regulă, procesele de absorbție și desorbție sunt separate spațial. Purificarea și separarea amestecului de gaz are loc în două aparate. Într-un (absorbant) curge absorbția oricărui absorbant refrigerat component, în celălalt (regenerator) - desorbția astfel absorbită de substanța este eliberată din soluție și regenerat absorbant. În regenerator - temperatură ridicată și tensiune arterială scăzută.
În metodele de sorbție, mai ales atunci când sunt absorbite, are loc nu numai absorbția fizică și chimică a unei substanțe pe alta, ci și interacțiunea chimică. În acest caz, intensificarea procesului depinde într-o mare măsură de viteza reacției chimice. Și rata de reacție chimică, după cum se știe, depinde de următorii factori: concentrația, temperatura, presiunea.
Trebuie menționat faptul că absorbția pe un absorbant solid se numește curățare uscată, absorbție prin soluție - umedă.
Metoda cu membrană pentru purificarea amestecurilor de gaz se bazează pe separarea utilizând partiții microporoase (sau membrane) care sunt permeabile la molecule de un fel și impermeabile la molecule de alt tip. Metoda de separare a membranei este cea mai perfectă, deoarece presiunile mari și temperaturile scăzute sunt excluse. În aparatul cu membrană, aerul este împărțit în azot și oxigen, metan și hidrogen, metan și heliu.
Trebuie menționat faptul că gazele sunt de asemenea curățate de praf, de exemplu: în producția de acid sulfuric, gazul din cuptor obținut prin calcinarea piriților este purificat; purificați aerul furnizat pentru oxidare, în producerea de acizi sulfurici și azotați.
În mod special, trebuie menționat faptul că în tehnologia substanțelor anorganice este necesară purificarea amestecurilor de gaze din umiditate, de exemplu: aerul furnizat pentru oxidare este supus uscării.
Metoda de condensare se bazează pe diferența dintre punctele de fierbere ale componentelor.
Când gazele sunt separate prin răcire profundă, amestecul de gaz este răcit la temperaturi foarte scăzute, cu lichefierea ulterioară a componentelor constituente, fiecare fracțiune devenind lichidă la temperatura sa. În acest fel, este posibilă separarea amestecului de gaz în componente sau fracțiuni separate.
Regiunea de temperatură joasă este împărțită în:
- pentru temperaturi moderate (temperaturi cuprinse între -70 și -100 ° C);
- frig adânc (temperaturi mai mici de 100 ° C).
Pentru răcire până la temperatură moderată, gazele lichefiate sunt de obicei folosite ca agenți frigorifici: amoniac (tkip = -33,35 ° C),
dioxidul de sulf (tkip = -10,0 ° C), propan (tkip = -42,1 ° C),
butan (tkip = -0,5 0 C), adică substanțe cu puncte de fierbere scăzute. Răcirea cu gaz se produce datorită faptului că agentul frigorific absoarbe căldura în timpul evaporării.
Răcirea moderată este utilizată în diferite ramuri ale industriei chimice și alimentare, precum și în industria minieră.
Frigul adânc este folosit pentru a lichefia aerul
(tcp = -192,0 ° C) și izolarea ulterioară a azotului
Răcirea profundă este de asemenea folosită pentru a extrage hidrogen (tf = -252,8 ° C) din gazul de cocserie, etilenă (tf = 103,7 ° C) din gazele de cracare a hidrocarburilor
Pentru a obține mașini frigorifice adânci la rece. Funcționarea mașinilor frigorifice se bazează pe proprietatea gazelor reale care trebuie răcite prin expansiune în anumite condiții.
Extinderea gazului în trecerea de la presiune înaltă la joasă, fără a se efectua o muncă, se numește drossel.
După expansiune (ștrangulare) gazul real, fără efectuarea lucrărilor externe și fără schimb de căldură cu mediul este un gaz de răcire, deoarece munca se face pentru a depăși forțele de atracție dintre moleculele, prin care temperatura gazului scade. Acest fenomen se numește efectul Joule-Thomson. Este folosit pentru a atinge temperaturi scăzute.
Articole similare
Trimiteți-le prietenilor: