Абсорбция 2 (стр. 3 из 3)
В случае абсорбции многокомпонентных смесей равновесные зависимости значительно сложнее, чем при абсорбции одного компонента, особенно тогда, когда раствор сильно отличается от идеального. При этом парциальное давление каждого компонента в газовой смеси зависит не только от его концентрации в растворе, но также и от концентрации в растворе остальных компонентов, т. е. является функцией большого числа переменных. Поэтому, как правило, в подобных случаях равновесные зависимости основываются на опытных данных.
Материальный баланс процесса абсорбции
Материальный баланс и расход абсорбента. Примем расходы фаз по высоте аппарата постоянными и выразим содержание поглощаемого газа в относительных мольных концентрациях. Обозначим: G - расход инертного газа, кмоль/сек; Yни Yк - начальная и конечная концентрации абсорбтива в газовой смеси, кмоль/кмоль инертного газа; L - расход абсорбента, кмоль/сек; его концентрации Хни Хк, кмоль/кмоль абсорбента. Тогда уравнение материального баланса будет:
(10)Отсюда общий расход абсорбента (в кмоль/сек)
(11)а его удельный расход (в кмоль/кмоль инертного газа)
(12)Это уравнение можно переписать так:
(13)Уравнение (13) показывает, что изменение концентрации в абсорбционном аппарате происходит прямолинейно и, следовательно, в координатах Y-Xрабочая линия процесса абсорбции представляет собой прямую с углом наклона, тангенс которого равен
.Между удельным расходом абсорбента и размерами аппарата существует определенная связь. Через точку В с координатами Хни Yк (рисунок 3) проведем, согласно уравнению (13), рабочие линии ВА, ВА1, ВА2, ВА3, отвечающие различным концентрациям абсорбента или разным удельным его расходам. При этом точки А, А1, А2, А3будут лежать на одной горизонтальной прямой в соответствии с заданной начальной концентрацией Yнгаза в смеси.
Рисунок 3 - К определению удельного расхода абсорбента
В случае растворов небольшой концентрации для любого значения Хи выбранной величины l движущая сила процесса выражается разность ординат Y-Y*, изображенных вертикальными отрезками, соединяющими соответствующие точки рабочей линии и линии равновесия Y* = f (X). Для всего аппарата можно принять среднее значение ∆Yср, величин: которого, например для рабочей линии BA1изображена на рисунке отрезком ∆Yср1. Величина ∆Yср будет тем больше, чем круче наклон рабочих линий и, следовательно, чем больше удельный расход абсорбента. Если рабочая линия ВА совпадает с вертикалью, то движущая сила процесса имеет максимальное значение, однако удельный расход абсорбента l при этом будет бесконечно большим (так как Хк = Хн). Если же линия рабочих концентраций ВА3касается линии равновесия, то удельный расход абсорбента минимален (l = lmin), а движущая сила в точке касания равна нулю, поскольку в этой точке рабочая концентрация равна равновесной. В первом случае размеры абсорбционного аппарата будут наименьшими при бесконечно большом расходе абсорбента, во втором - расход абсорбента наименьший при бесконечно больших размерах аппарата. Таким образом, оба случая являются предельными и практически неосуществимы.
В реальном абсорбционном аппарате равновесие между фазами не достигается и всегда Хк< Х*к, где Х*к - концентрация поглощаемого газа в жидкости, находящейся в равновесии с поступающим газом. Отсюда следует, что значение l всегда должно быть больше минимального значения lmin отвечающего предельному положению рабочей линии (линия BA3 на рисунке 3). Значение lminможно определить по уравнению (12) при замене Хкна Х*к:
(14)Необходимо отметить, что увеличение удельного расхода l абсорбента одновременно со снижением высоты аппарата приводит к определенному увеличению его диаметра. Это объясняется тем, что с увеличением lвозрастает также расход поглотителя L, а при этом, как показано ниже, снижаются допустимые скорости газа в аппарате, по которым находят его диаметр. Вот почему в тех случаях, когда удельный расход абсорбента не задан технологическими условиями, т. е. когда не задана конечная концентрация Хкабсорбента, следует выбирать такое соотношение между размерами абсорбционного аппарата и удельным расходом l абсорбента, при котором величина l и размеры аппарата будут оптимальными.
Оптимальный удельный расход поглотителя lопт может быть найден только с помощью технико-экономического расчета [1].
Заключение
Области применения абсорбционных процессов в химической и смежных отраслях промышленности весьма обширны.
Из различных типов аппаратов в настоящее время наиболее распространены насадочные и барботажные тарельчатые абсорберы. При выборе типа абсорбера нужно в каждом конкретном случае исходить из физико-химических условий проведения процесса с учетом технико-экономических факторов.
Основные размеры абсорбера (например, диаметр и высота) определяют путем расчета, исходя из заданных условий работы (производительность, требуемая степень извлечения компонента и т.д.). Для расчета необходимы сведения по статике и кинетике процесса. Данные по статике находят из справочных таблиц, рассчитывают при помощи термодинамических параметров или определяют опытным путем. Данные по кинетике в значительной степени зависят от типа аппарата и режима его работы. Наиболее надежны результаты экспериментов, проведенных при тех же условиях. В ряде случаев подобные данные отсутствуют, и приходится прибегать к расчету или опытам.
В настоящее время еще нет вполне надежного метода, позволяющего определять коэффициент массопередачи путем расчета либо на основе лабораторных или модельных опытов. Однако для некоторых типов аппаратов можно найти коэффициенты массопередачи с достаточно большой точностью при помощи расчета или сравнительно простых опытов.
Список литературы:
1. В.М. Рамм. «Абсорбция газов».М., «Химия», 1976г.
2. «Расчет тарельчатых абсорбционных колонн» под ред. В А. Иванова, Москва, 1985.
3. «Основные процессы и аппараты химической технологии», пособие по проектированию под ред. Ю. И. Дытнерского. М, «Химия» 1991 г.
4. К.Ф. Павлов, П. Г. Романков, А. А. Носков. «Примеры и задачи по курсу процессов и аппаратов химической технологии». Л., «Химия», 1976г.
5. А. А. Лащинский, А. Р. Толчинский. «Основы конструирования и расчета химической аппаратуры». М, 1968г.
6. Отраслевой стандарт ОСТ 26-808-73.
7. Каталог «Кожухотрубчатые теплообменные аппараты общего и специального назначения». М„ «ЦИНТИХИМНЕФТЕМАШ», 1991г.