Главная страница Случайная страница
Разделы сайта
АвтомобилиАстрономияБиологияГеографияДом и садДругие языкиДругоеИнформатикаИсторияКультураЛитератураЛогикаМатематикаМедицинаМеталлургияМеханикаОбразованиеОхрана трудаПедагогикаПолитикаПравоПсихологияРелигияРиторикаСоциологияСпортСтроительствоТехнологияТуризмФизикаФилософияФинансыХимияЧерчениеЭкологияЭкономикаЭлектроника
Материальный и тепловой балансы процесса
|
|
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/с; Y н и Y к - начальная и конечная концентрации абсорбтива в газовой смеси, кмоль/кмольинертного газа; L - расход абсорбента, кмоль/с; его концентрации Х н, Х к, кмоль/кмоль абсорбента. Тогда уравнение материального баланса будет:
.
Отсюда общий расход абсорбента (в кмоль/с)
,
а его удельный расход (в кмоль/кмольинертного газа):
. (7.8)
Это уравнение можно переписать так:
(7.9)
Уравнение (7.9) показывает, что изменение концентрации в абсорбционном аппарате происходит прямолинейно и, следовательно, в координатах Y - X рабочая линия процесса абсорбции представляет собой прямую с углом наклона, тангенс которого равен l = L/G.
 |
Между удельным расходом абсорбента и размерами аппарата, например, показанного на рис. 7.2, существует определенная связь. Через точку В с координатами Х н и Y к(рис. 7.2) проведем, согласно уравнению (7.9), рабочие линии ВА, ВА1, ВА2, ВА3, отвечающие различным концентрациям абсорбента или разным удельным его расходам. При этом точки А, А1, А2, А3 будут лежать на одной горизонтальной прямой в соответствии с заданной начальной концентрацией Y нгазав смеси.
В случае растворов небольшой концентрации для любого значения X и выбранной величины l движущая сила процесса выражается разностью ординат Y – Y*, изображенных вертикальными отрезками, соединяющими соответствующие точки рабочей линии и линии равновесия Y* = f(X). Для всего аппарата можно принять среднее значение ∆ Y cp, величина которого, например, для рабочей линии BA1, изображена на рисунке отрезком ∆ Y cpl. Величина ∆ Y ср 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 Х к – Х н). Если же линия рабочих концентраций ВА3 касается линии равновесия, то удельный расход абсорбента минимален (l = l min), 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 
, где 
- концентрация поглощаемого газа в жидкости, находящейся в равновесии с поступающим газом. Отсюда следует, что величина l всегда должна быть больше минимального значения l min, отвечающего предельному положению рабочей линии (линия ВА3 на рис. 7.2). Значение l min можно определить по уравнению (7.8) при замене Х к на 
:
.
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 l возрастает 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 Х кабсорбента, 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 l опт может быть найден только с помощью технико-экономического расчета.
Сумму затрат на поглощение в абсорбере 1 кмольгаза можно представить таким образом:
,
где S 1 - затраты, не зависящие от размеров аппарата и paсxoдa абсорбента (стоимость газа, обслуживания и т.д.); S2 - затраты, зависящие от размеров аппарата (амортизация и ремонт, стоимость энергии, расходуемой на преодоление гидравлического сопротивления при прохождении газа через аппарат и др.); S3 - затраты, зависящие от расхода абсорбента (стоимость перекачки поглотителя, расходы на десорбцию и т.д.).
Так как величина S3 не зависит от расхода абсорбента, то функция S1 = f(l) на рис. 7.3 выражается горизонтальной прямой линией. С возрастанием l уменьшаются рабочая высота абсорбционного аппарата и его гидравлическое сопротивление, при этом снижается значение S2, но одновременно несколько увеличивается диаметр аппарата. При определенных значениях l объем аппарата, вследствие резкого возрастания его диаметра, будет также увеличиваться, что может привести к росту S2. Следовательно, кривая S2 = f(l) может иметь минимум (рис. 7.3). С возрастанием l увеличиваются расходы на десорбцию и перекачку поглотителя, т.е. растет величина S3. Складывая ординаты всех кривых (рис. 7.3), получим кривую суммарных затрат на абсорбцию 1 кмольгаза. Эта кривая также имеет минимум, соответствующий оптимальному удельному расходу l опт адсорбента.
 |
Тепловой баланс и температура абсорбента. Если абсорбцию ведут без отвода тепла или с недостаточным его отводом, то температура повышается вследствие выделения тепла при поглощении газа жидкостью, что необходимо учитывать при расчете. Для технических расчетов можно пренебречь нагреванием газовой фазы и считать, что выделяющееся при абсорбции тепло затрачивается только на нагрев жидкости.
Если линия равновесия при температуре t н поступающей жидкости изображается кривой OD (рис. 7.4), то при температуре уходящей жидкости линия равновесия расположится выше (кривая ОС) и действительная линия равновесия при переменной температуре жидкости изобразится кривой АВ.
 |
Ординату Y* некоторой точки 0 на кривой равновесия, соответствующую составу жидкости X, можно найти, если известна температура t при данном составе жидкости.
Для этого необходимо составить уравнение теплового баланса для части абсорбционного аппарата, расположенной выше некоторого произвольного сечения с текущими концентрациями X и Y жидкости и газа соответственно:
,
где q - дифференциальная теплота растворения газа, кДж/кмоль; М' - количество газа, поглощенного в рассматриваемом диапазоне частот абсорбера, кмоль/с; L - расход абсорбента, кмоль/с; с - теплоемкость жидкости, кДж/(кмоль∙ град); t - температура жидкости в данном сечении, °С; t н - начальная температура жидкости, °С.
Так как М' = L(X – X н ), то
.
Тогда
. (7.10)
Задаваясь рядом произвольных значений X в интервале между известными величинами Х н и Х к, с помощью уравнения (7.10) вычисляют t. По опытным данным находят соответствующие значения Y* и строят линию равновесия (по точкам О 1, О 2 и т.д.).
|
|