Расчет насадочных абсорберов

Расход абсорбента. Количество поглотителя L на проведение процесса абсорбции определяют по уравнению материального баланса, в котором незаданной величиной является значение его конечной концентрации Х_к..

(1)

где L - расход абсорбента, кг/ч; G - расход инертного газа, кг/ч; Y_н, Y_к - начальная и конечная концентрация абсорбтива в газовой смеси, относительные массовые единицы; X_н, X_к - начальная и конечная концентрация абсорбтива в поглотителе, относительные массовые единицы.

Относительные массовые концентрации абсорбтива в воздухе находят по формуле:

(2)

где М_к и М_н - молярные массы абсорбтива и носителя, г/моль.

Относительную массовую концентрацию абсорбтива в поступающей на абсорбцию воде находят по формуле:

(3)

Для того, чтобы найти X_к необходимо построить на Y-X -диаграмме рабочую и равновесную линии процесса.

Состояние равновесия при условии постоянства температуры и общего давления зависимость между концентрациями распределяемого в газовой и жидкой фазах компонента выражается законом Генри:

(4)

где р *- парциальное давление газа, Е – константа, имеющая размерность давления.

Величина Е для данного газа не зависит от общего давления в системе, но зависит от природы абсорбента и поглощаемого газа и температуры (табл. 2).

Таблица 2. Зависимость коэффициента Е от температуры.

В случае неизотермической абсорбции при растворении газа в жидкости температура ее повышается вследствие выделения теплоты. Для технических расчетов пренебрегают нагреванием газа и считают, что вся теплота идет на нагрев жидкости.

Температуру жидкости в любом сечении аппарата можно найти по уравнению теплового баланса:

(5)

где Т – температура в любом сечении аппарата, К; Т_н - температура поступающего адсорбента, К; q –дифференциальная теплота растворения газа, кДж/моль; с – теплоемкость жидкости, кДж/(кмоль× К).

С помощью уравнения (5), задаваясь рядом значений Х (с шагом 0, 005), определяют температуры Т и затем Е и р *.

Равновесное содержание абсорбтива в воздухе Y* определяют по формуле:

(6)

где Р – общее давление газа, Па.

По найденным значениям Y* на Y-X -диаграмме строят график Y*=f(X) – линию равновесия.

На Y-X -диаграмме (рис.1) проводят прямую через Y_н параллельно оси ОХ до пересечения с линией равновесия, и, получают точку . Через точки В и А^¢ с координатами (Y_к; X_н) и (Y_н; X_к*) проводят прямую – рабочую линию процесса, соответствующую минимальному удельному расходу абсорбента l_min.

Удельный расход абсорбента l находят из уравнения материального баланса:

(7)

Значение l_min находим, подставляя в уравнение (7)величину Х_к*.

Величина l всегда должна быть больше l_min. Увеличение удельного расхода приводит к уменьшению высоты абсорбера и увеличению его диаметра. Это происходит потому, что с увеличением l возрастает также расход поглотителя L, а при этом снижаются допустимые скорости газа в абсорбере, по которым находят его диаметр. Поэтому принимают

l = (1, 1 – 1, 5) l_min.

Конечную концентрацию абсорбтива в поглотителе находим из формулы (7).

Через точки В и А с координатами (Y_к; X_н) и (Y_н; X_к) проводят прямую – рабочую линию процесса.

Расход инертного газа вычисляют по формуле:

(8)

где r_возд – плотность воздуха, кг/м³.

Расход поглотителя L определяют по формуле (7).

Диаметр абсорбера. Расчет диаметра D абсорбера производится, по уравнению расхода, написанного относительно величины D

(9)

где Q- объемный расход газа, м³/с; w₀ - фиктивная скорость газа, т.е. скорость газа, отнесенная к полному сечению абсорбера, м/с.

Диаметр колонныопределяется по принятой фиктивной скорости газа и проверяется по плотности орошения. Для достижения максимальной эффективности процесса целесообразно, скорость газа принимать равной или близкой скорости w₀^¢ , соответствующей началу подвисания.

Фиктивную скорость газа определяют в зависимости от выбранной насадки по формуле

(10)

где Re _г ^¢ - критерий Рейнольдса, соответствующий началу подвисания; а – удельная поверхность насадки, м²/м³; m_г - вязкость газа, Н× с/м²; r_г – плотность газа, кг/м³.