главная > справочник > химическая энциклопедия:

ГАЗОВ РАЗДЕЛЕНИЕ

Фракционная конденсация. При охлаждении газов в первую очередь сжижаются высококипящие компоненты, поэтому содержание их в конденсате выше, чем в равновесной паровой фазе. Это используют для газов разделение, причем конечные температуры подбирают т. обр., чтобы в конденсате преобладал целевой компонент. Напр., при низкотемпературном ( -138њС) разделении под давл. 1,3 МПа коксового газа, содержащего 2% этилена, получают фракцию с содержанием этилена 50%. В случае прямоточной конденсации (направления движения газа и конденсата совпадают) обе фазы находятся в равновесии. При противоточной конденсации в результате массообмена между стекающим вниз конденсатом и омывающими пов-сть теплообмена газами (фазы неравновесны) жидкая фаза, имеющая температуру ниже, чем у газовой фазы, дополнительно обогащается высококипящими компонентами.

Ректификация сжиженного газа. Основана на массо- и теплообмене между неравновесными жидкой и паровой фазами. В результате испарения жидкости пары обогащаются низкокипящими компонентами. Поэтому при противотоке фаз и многократном их испарении и конденсации исходную смесь можно разделить на высоко- и низкокипящие компоненты. Процесс осуществляют в ректификац. колоннах, причем для разделения n-компонентной смеси на практически чистые в-ва требуется n - 1 колонн. Возможно разделение азеотропных смесей при добавлении компонента, образующего новое азеотропное соединение. Аналогично поступают при разделении смесей с низкой относит. летучестью. В последнем случае добавление разделит. агента приводит к изменению относит. летучести разделяемых компонентов.

Абсорбция. Возможны как физ. абсорбция, так и хемосорбция, а также их сочетание при использовании водных растворов абсорбентов. Общие требования к абсорбентам: высокая поглощающая способность, доступность, пожаро-и взрывобезопасность, малое давление паров, нетоксичность, хим. инертность к конструкц. материалам. В отдельных случаях допускается повыш. давление паров абсорбента, хотя это приводит к увеличению его расхода. Напр., при абсорбции жидким азотом Аг, СО и СН₄, содержащихся в коксовом газе, газах конверсии метана или генераторных газах, выделяемый Н₂ насыщается N₂, образуя азотоводородную смесь, необходимую для синтеза NH₃. При прочих равных условиях существенное преимущество при выборе абсорбента - его способность к регенерации, т.е. к обратному выделению поглощенных газов. Это требование обязательно при многократной циркуляции абсорбента и в случае возможности полезного применения поглощенных газов. Абсорбция газов широко используется во мн. отраслях промышленности как конечная стадия получения целевых продуктов, очистки исходных газов от примесей, отравляющих катализаторы, вызывающих коррозию, способных кристаллизоваться и забивать аппаратуру, загрязнять окружающую среду и т.д.

Адсорбция. В кач-ве адсорбентов используют в осн. пористые тела с сильно развитой пов-стью: активные угли, А1₂О₃, силикагели, цеолиты. Физ. адсорбция газа сопровождается выделением теплоты, по кол-ву близкой к теплоте его конденсации, хемосорбция - кол-вом теплоты, соответствующим тепловому эффекту реакции. Процесс проводят периодически в одном или неск. аппаратах с неподвижным слоем адсорбента либо непрерывно в адсорберах с движущимся или псевдоожиженным слоем адсорбента. Адсорбция применяется для газов разделение при высоких и криогенных температурах и разл. давлениях, для осушки и очистки газов от примесей, в вакуумной технике, хроматографии и др.

Разделение через мембраны. В этом случае газов разделение реализуется благодаря разл. проницаемости компонентов газовой смеси через разделит. мембраны (пористые и непористые перегородки). Эффективность мембраны определяется ее уд. производительностью, т.е. кол-вом газа, прошедшего через пов-сть мембраны за соответствующее время. Аппараты для мембранного газов разделение - замкнутые объемы, разделенные мембранами на две полости. Движущая сила процесса - поддерживаемая постоянной разность парциальных давлений (или концентраций) газов по обе стороны мембраны. В зависимости от назначения мембраны изготовляют из разл. материалов (стекло, металлы, полимерные материалы), которым придают форму пластин, трубок, полых волокон, капилляров. Напр., для выделения Н₂ из продувочных газов произ-ва NH₃ используют трубки из сплава Pd; для тех же целей применяют полые волокна из полиариленсульфонов. Воздух, обогащенный О₂, получают с помощью пластин из поливинилтриметилсилана. Важная характеристика мембранных аппаратов - плотность упаковки мембраны, т.е. пов-сть мембраны, приходящаяся на единицу объема аппарата. Плотность упаковки мембран из полых волокон с наружным диам. 80-100 мкм и толщиной стенки 15-30 мкм составляет 20000 м²/м³, плоских мембран - 60-300 м²/м³. См. также Абсорбция, Адсорбция, Конденсация фракционная, Мембранные процессы разделения, Мембраны разделительные, Ректификация.

Лит.: Ба га ту ров С. А., Основы теории и расчета перегонки и ректификации, 3 изд., М., 1974; Ра мм В. М., Абсорбция газов, 2 изд., М., 1976; Хванг С.-Т., Каммермейер К., Мембранные процессы разделения, пер. с англ., М., 1981; Беляков В. П., Криогенная техника и технология, М., 1982; Кельцев Н. В., Основы адсорбционной техники, 2 ИЗА, М., 1984. И. И. Гельперин.