Материальный баланс процесса абсорбции

Процесс абсорбции на промышленных установках проводят в основном в противоточных аппаратах. Пусть в абсорбер поступает G кг/с газовой смеси, концентрация компонента которой уменьшается от y_н, кг/кг до y_к, кг/кг и L, кг/с абсорбента, концентрация которого, соответственно, увеличивается от x_н, кг/кг до x_к, кг/кг.
Пренебрегая возможными потерями поглощаемого компонента и носителя, на основании закона сохранения вещества можно составить уравнение материального баланса для поглощаемого компонента:

L(x_к-x_н) = G(y_н-y_к), отсюда удельный расход жидкости:

l = L/G = (y_н-y_к)/(x_к-x_н)

и часовой расход абсорбента:

L = G(y_н-y_к)/(x_к-x_н).

Уравнение материального баланса устанавливает зависимость между концентрацией поглощаемого компонента в обеих фазах и количеством носителя. Линия, соответствующая этому уравнению, построенная в координатах X‑ Y будет прямой линией. Эту линию называют рабочей линией. Каждая точка рабочей линии показывает зависимость Y между содержанием поглощаемого компонента в жидкой и газовой

фазе в любом сечении аппарата. Для абсорбции рабочая линия проходит выше линии равновесия. Расстояние по вертикали между рабочей линией и линией равновесия определяет движущую силу процесса и показывает, как она меняется по высоте аппарата.

Построение рабочей линии абсорбера дает возможность графически определить число ступеней концентрации. Пусть точка 1 соответствует начальному содержанию компонента в газовой фазе на входе в абсорберY_н. Опустив перпендикуляр на ось абцисс, найдем содержание компонента в жидкой фазе — X_к. Этот перпендикуляр пересечет линию равновесия в точке 2. Проведем горизонталь 2 — до пересечения с рабочей

линией. Затем снова отпустим перпендикуляр до линии равновесия, получим точку 4. Таким образом, проводя горизонтали до рабочей линии и опуская перпендикуляры из полученных точек до линии равновесия, доходим до точки на рабочей линии, соответствующей. Треугольники 123, 345, называются ступенями изменения концентрации. Ступень изменения концентрации соответствует некоторому участку аппарата, в котором концентрация поглощаемого компонента в газовой фазе изменяется от начальной Y_н до равновесной Y_р, т.е. до содержания компонента в газовой фазе, равновесной с жидкой фазой, содержащей компонента X_к.

Эффективность работы аппарата оценивается числом ступеней концентрации. В нашем случае, чтобы уменьшить концентрацию компонента в газовой фазе от Y_н до Y_к потребуются три ступени.

Для построения такого абсорбера необходимо знать некоторые экспериментальные данные. Например, для тарельчатого абсорбера необходимо знать какое количество тарелок соответствуют одной ступени концентрации, для насадочного аппарата - высоту слоя насадки, соответствующую одной ступени. Для тарельчатых абсорберов количество ступеней концентрации равно количеству теоретических тарелок. На реальных тарелках не достигается равновесие, поэтому найденное число теоретических тарелок необходимо разделить на к.п.д. терелки.