Файл: 1. 1Теоретические основы абсорбции 3.docx

Расчет равновесной линии.

x*,	y,	X*,	Y,
0	0	0	0
3,53·10-4	0,02	3,531·10-4	0,0204
7,06·10-4	0,04	7,065·10-4	0,0417
1,059·10-3	0,06	1,06·10-3	0,0638
1,412·10-3	0,08	1,414·10-3	0,087
1,765·10-3	0,1	1,768·10-3	0,1111

По определенным значениям концентраций строится линия равновесия (рис. 3.1).
Линия равновесия


Y_н

X*_кmaxmam


Рисунок 3.1

Рис. 3.1.

---

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=291К, Р=2,4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, ;

G_см ‑ молярный расход газовой смеси, .

Молярный расход инертного газа определяется по уравнению /4/:
, (3.7)
где у_н ‑ исходная концентрация СО₂ в газовой смеси, ;

G ‑ молярный расход инертного газа, .

Из условия задания у_н=0,07
.
Концентрацию СО₂ на выходе из абсорбера y_к, :
, (3.8)
где  – степень извлечения, =0,78 (из задания).
.
Величины y_к, y_н пересчитаем в относительные по формуле (3.3)
Y_к=0,01564 , Y_н=0,07527 .
Для определения молярного расхода СО₂ M, который поглощается, служит следующее уравнение /4/:

---

. (3.9)

.

3.2.2 Определение расхода поглотителя СО₂ из газовой смеси

Для определения минимального молярного расхода чистого поглотителя L_мин служит следующее уравнение:
, (3.10)

где X*_к‑ равновесная относительная концентрация СО₂ в воде на выходе из аппарата, ; Х_н ‑ исходная относительная концентрация СО₂ в воде, .

Равновесную относительную концентрацию СО₂ в воде на выходе из аппарата определим по линии равновесия рис. 3.1. Для противоточных абсорберов X*_к=f(Y_н). По графику максимально возможная концентрация СО₂ в воде при условиях абсорбции составляет X*_к=0,00122 .

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, стр. 390/
, (3.11)
где  ‑ 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 /1, стр. 438/.

3.2.3 Определение рабочей концентрации СО₂ в поглотителе на выходе из абсорбера.

Для определения рабочей концентрации служит уравнение:
(3.12)

3.2.4 Построение рабочей линии абсорбции СО₂ и определение числа единиц переноса.

---

По полученным значениям концентраций строится график (рис. 3.2) и определяется число единиц переноса, необходимых для осуществления процесса абсорбции.
Определение числа единиц переноса.



ок 3.2

Рис. 3.2.

По графику методом вписывания ступенек определяется число единиц переноса. Оно равно 2,3.

---

3.3 Определение рабочей скорости газа и диаметра аппарата

Для расчета диаметра абсорбера служит следующее уравнение:
, (3.13)
где V_см ‑ объемный расход газовой смеси при условиях абсорбции,

_раб ‑рабочая скорость газовой смеси по аппарату,

Предельную скорость газа, соответствующую режиму эмульгирования (считая на полное сечение колонны), можно определить по уравнению /4, стр.386/:
,(3.14)
где _x – вязкость поглотителя при температуре в абсорбере, мПас;

_x, _у – плотности соответственно жидкой и газообразной фаз, ;

 – удельная поверхность, ;

 – свободный объем, ;

L, G – расходы фаз,

При выборе размеров насадки следует учитывать, что чем больше размеры ее элемента, тем выше допустимая скорость газа (и соответственно – производительность аппарата) и ниже его гидравлическое сопротивление. Общая стоимость абсорбера с насадкой из элементов больших размеров будет ниже за счет уменьшения диаметра аппарата. При выборе насадки необходимо учитывать допустимую потерю давления в насадке. При работе под повышенным давлением потеря его существенного значения не имеет и в данном случае предпочтительнее беспорядочно загруженные насадки, в частности, кольца внавал. Поэтому выбираем керамические кольца Рашига 35354 /3, стр.448/.

Для определения плотности газа при температуре, отличной от нормальной, служит следующее уравнение:

---