Расчёт тарельчатого абсорбера 2 (стр. 1 из 3)

3 Расчёт тарельчатого абсорбера

3.1 Определение условий равновесия процесса

Определим равновесные концентрации ацетона в воде. В случае абсорбции хорошо поглощаемых газов (паров) расчет равновесных концентраций ведут по закону Рауля [2] c.16:

, (3.1)

где Õ ‑ давление в абсорбере, Па;

P_н‑ давление насыщенных паров ацетона при температуре абсорбции (t=26 °C), Па;

x^* ‑ равновесная концентрация ацетона в воде,

;

у ‑ концентрация ацетона в воздухе,

.

Давление насыщенных паров ацетона при температуре абсорбции (t = 26°С) по [3] рисунок XIV равно 244 мм. рт. ст. Пересчитаем в Па:

Па

, (3.2)

Величины равновесных концентраций в жидкости достаточно рассчитать для диапазона значений концентраций в газовой фазе от нуля до величины, которая в 1,2-1,5 раз превышает начальную концентрацию абсорбтива.

Для упрощения расчетов материального баланса необходимо сделать пересчет абсолютных концентраций в относительные. Связь между относительной концентрацией и абсолютной выражается следующей формулой по [3] c.283:

, (3.3)

, (3.4)

где у ‑ абсолютная концентрация ацетона в газовой фазе,

;

Y ‑ относительная концентрация ацетона в газовой фазе,

;

x ‑ абсолютная концентрация ацетона в жидкой фазе,

;

X ‑ относительная концентрация ацетона в жидкой фазе,

;

Таблица 3.1 - Расчет равновесной линии

x*,	y,	X*,	Y,
0	0	0	0
0,077	0,01	0,083	0,01
0,15	0,02	0,18	0,02
0,23	0,03	0,30	0,03
0,31	0,04	0,45	0,042
0,38	0,05	0,61	0,053

По определенным значениям концентраций строится линия равновесия Х* = m∙Y (рисунок 3.1).

Рисунок 3.1 – Линия равновесия. Определение минимального расхода поглотителя

Коэффициент распределения m найдем как тангенс угла наклона линии равновесия к оси Х. Поскольку линия равновесия в данном случае не прямая, то коэффициент распределения будем рассчитывать как среднее арифметическое, разбив линию равновесия на ступени и рассчитав тангенс угла наклона на каждой из них. Проделав эти операции, получили, что коэффициент распределения m равен 0,1006 кмоль воды/кмоль воздуха.

3.2 Расчет материального баланса

3.2.1 Определение молярного расхода компонентов газовой смеси

Пересчитаем объемный расход при нормальных условиях (T₀=273K, P₀=1,013×10⁵ Па) в объемный расход при условиях абсорбции (Т=299К, Р=0,25×10⁶ Па).

, (3.5)

где V_см0 – расход при нормальных условиях,

.

.

Для удобства дальнейших расчетов переведем объемный расход газовой смеси в молярный.

, (3.6)

где V_см0 ‑ объемный расход газовой смеси при нормальных условиях,

;

G_см ‑ молярный расход газовой смеси,

.

.

Молярный расход инертного газа определяется по уравнению [2] c.17:

, (3.7)

где у_н ‑ исходная концентрация ацетона в газовой смеси,

;

G ‑ молярный расход инертного газа,

.

Из условия задания у_н=0,04

.

.

Концентрацию ацетона на выходе из абсорбера y_к,

находим по формуле [2] c.17:

, (3.8)

где j – степень извлечения, j=0,92 (из задания).

.

Величины y_к, y_н пересчитаем в относительные по формуле (3.3):

,

.

Для определения молярного расхода ацетона M, который поглощается, служит следующее уравнение [2]:

, (3.9)

.

2.2.2 Определение расхода поглотителя ацетона из газовой смеси

Для определения минимального молярного расхода чистого поглотителя L_мин служит следующее уравнение [2]:

, (3.10)

где X*_к‑ равновесная относительная концентрация ацетона в воде на выходе из аппарата,

;

Х_н ‑ исходная относительная концентрация ацетона в воде,

.

Равновесную относительную концентрацию ацетона в воде на выходе из аппарата определим по линии равновесия (рисунок 3.1). Для противоточных абсорберов X*_к=f(Y_н). По графику максимально возможная концентрация ацетона в воде при условиях абсорбции составляет X*_кmax=0,408

.

Т.к. в реальном процессе абсорбции используется не минимальный расход поглотителя, а несколько больший (для ускорения процесса), то необходимо пересчитать минимальный расход поглотителя на рабочий расход L с учетом коэффициента избытка поглотителя [4]

, (3.11)

где a ‑ коэффициент избытка поглотителя, принимаем равным 1,5.

С увеличением расхода поглотителя (т. е. с увеличением коэффициента избытка поглотителя) снижаются допустимые скорости газа в аппарате, по которым находят его диаметр. Поэтому следует выбирать такое соотношение между размерами абсорбционного аппарата и расходом поглотителя, при котором размеры аппарата будут оптимальными [5].

.

2.2.3 Определение рабочей концентрации ацетона в поглотителе на выходе из абсорбера

Для определения рабочей концентрации служит уравнение [2]:

, (3.12)

2.2.4 Построение рабочей линии абсорбции ацетона и определение числа единиц переноса

По полученным значениям концентраций строится график (рисунок 3.2)