- •1 Массопередача, Массообменные процессы. Движущая сила диффузионных процессов. Понятие о расчетах массообменных аппаратов
- •2 Понятие о ступени изменении концентрации. Схема процесса массообмена на тарелке
- •3 Процесс конденсации. Материальный баланс процесса однократной и фракционарованной конденсации
- •4 Процесс ректификации, схема, материальный и тепловой баланса
- •5 Понятие о процессе абсорбции. Схема и материальных потоков в абсорбере. Материальный и тепловой баланс абсорбера
- •6 Понятие о процессе десорбции. Схема материальных потоков в десорбере. Тепловой баланс десорбера
- •7 Конструкция абсорбера и десорбера
- •8 Конструкция тарелок: колпачковых, клапанных и балластных, ситчатых пятислойных щелевых, решетчатых, трубчатых
- •10 Компрессорный способ переработки газа
- •11 Абсорбционный способ переработки газа. Масло абсорбционные газобензиновые установки
- •12 Расчет процесса абсорбции с предварительным насыщением тощего абсорбента и отбензиниванием сырого газа
- •13 Абсорбционная система с рециркуляцией газов десорбции
- •14 Установка двухступенчатой абсорбции
- •15 Принципиальная технологическая схема многоступенчатой абсорбции
- •18 Технологические схемы переработки газа методом низкотемпературной конденсации. Краткая классификация схем нтк.
- •26 Принципиальная схема промысловой установки нтк с турбодетандером для переработки пр.Газа
- •32 Переработка газа методом низкотемпературной ректификации. Схема ректификационно – отпарной колонны. Схема – конденсационно – отпарной колонны.
- •33 Схема нтр с двумя вводами. Схема нтр с турбодетандером
1 Массопередача, Массообменные процессы. Движущая сила диффузионных процессов. Понятие о расчетах массообменных аппаратов
Процессы физической переработки природных газов, процессы конденсации (сжижения), абсорбции, ректификации, адсорбции связаны с переходом вещества из одной фазы в другую, с явлением массообмена или диффузии и поэтому получили название массообменных или диффузионных процессов.
Переход вещества из одной фазы в другую, или массопередача, совершается в направлении достижения равновесия между обеими фазами (рисунок 1).
а) из фазы Г в фазу Ж; б) из фазы Ж в фазу Г
Рисунок 1 – Направления перехода распределяемого вещества
Любой концентрации вещества х в жидкой фазе (Ж) соответствует равновесная концентрация yр в газовой фазе (Г) и наоборот, любой концентрации y в газовой фазе (Г) соответствует равновесная концентрация хр в жидкой фазе (Ж), т.е. и (1)
и
Движущая сила диффузионных процессов
Движущей силой процесса массопередачи Δ является разность между рабочей и равновесной концентрациями или наоборот в зависимости от того, какая из них больше.
Количество вещества, переходящее из одной фазы в другую за единицу времени, равно (2)
где k – коэффициент массопередачи;
dF – элемент поверхности фазового контакта.
Движущая сила процесса Δ в уравнении (2) может быть выражена через концентрации в одной из фаз:
(3) (4)
Понятие о расчетах массообменных аппаратов
Процессы абсорбции и ректификации осуществляются обычно в противоточных аппаратах, где участвующие в массообмене фазы протекают одна навстречу другой. Обозначим весовую скорость паровой фазы через V, а жидкой – через L.
Допустим, что распределяемый между фазами компонент переходит из газовой фазы Г в жидкую фазу Ж. Для элемента поверхности dF фазового контакта имеем (5)
Для всей поверхности фазового контакта (6)
где хн и хк – начальная и конечная концентрации компонента в жидкой фазе;
yн и yк - начальная и конечная концентрации компонента в газовой фазе.
Для участка аппарата выше любого произвольно взятого сечения, в котором концентрация фаз равна у и х, это уравнение можно написать в следующем виде:
или (7)
Уравнение (7) передает зависимость между концентрациями вещества в обеих фазах в данном сечении колонны, между так называемыми рабочими концентрациями. В координатах х-у уравнение (7) изображается линией или линией рабочих концентраций процесса. Если величины L и V постоянны по высоте аппарата, то постоянными являются и коэффициенты А и В и рабочая линия в координатах х-у является прямой линией.
При изменении L и V по высоте аппарата рабочая линия является кривой. Приведем различные варианты определения движущей силы процессов массопередачи отрезком между линией равновесных концентраций и линией рабочих концентраций процесса (рисунок 2).
Рисунок 2 – Варианты выражения движущей силы диффузионных процессов
На основании уравнений (3), (4) и (6) основное уравнение массопередачи для всей поверхности фазового контакта F будет (8)
где Δуm Δхm - средняя движущая сила.
Определим их значение.
На основании уравнений (3) и (5) имеем (9)
откуда (10)
или (11)
Подставляя значение V из уравнения (6), и меняя пределы интегрирования, найдем (12)
или (13)
Выражая движущую силу через концентрацию х, аналогично предыдущему получим (14)
Сравнивая эти уравнения с уравнением (8), найдем, что средняя движущая сила равна (15)
и (16)
Отсюда находим общее число единиц переноса mу и mх (17)
(18)
Величины mу и mх показывают на сколькоединиц изменяет рабочую концентрацию на данной поверхности единица движущей силы.
Количество вещества, перемещающегося в каждой фазе к поверхности (или от поверхности) раздела фаз выражается следующими уравнениями:для газовой фазы (19)
для жидкой фазы (20)
Где у и х – коэффициенты массоотдачи, характеризующие интенсивность переноса вещества в каждой фазе;
у и х – концентрации вещества в газовой и жидкой фазах (в ядре потока);
уг и хг – то же у поверхности раздела фаз;
у р.г. – концентрация вещества в газовой фазе у поверхности раздела фаз, равновесная концентрация хг;
Кр – равновесное отношение, равное
Из уравнений (19) и (20) имеем (21)
и (22)
Складывая левые и правые части при уr = у р.г. получаем (23)
откуда (24)
Сравнивая уравнение (24) с уравнением (3), найдем соотношение между общим коэффициентом массопередачи и коэффицентами массопередачи в каждой фазе: (25)
Метод расчета массообменных аппаратов (абсорберов, ректификационных колонн), исходя из коэффициентов массопередачи, является наиболее правильным и прогрессивным.
При определении высоты аппарата, необходимой для проведения заданного процесса массопередачи, исходят из понятия ступени изменения концентрации.