18.2 Материальный баланс абсорбера

При расчете процесса абсорбции удобно рассматривать приведенные концентрации компонентов . Тогда для любой i-тарелки приведенные концентрации будут равны:

и ( 75)

Преобразуем предыдущие уравнения ( 75)

и (76)

Уравнение равновесия относительно приведенных концентраций запишется следующим образом:

( 77)

Материальный баланс абсорбера в приведенных концентрациях запишется так:

( 78)

Для iсечения:

( 79)

Это уравнение связывает встречные неравновесные потоки абсорбера

Уравнение связывает концентрации газа и жидкости в любом произвольном сечении аппарата и называется уравнением рабочей линии. Тангенс угла ее наклона к оси абсцисс равен удельному расходу абсорбента . В системе координатX-Yуравнение представляет собой прямую линию (рисунок 18.4) . С увеличением расхода абсорбента угол наклона рабочей линии увеличивается.

18.3 Расчет числа теоретических тарелок в абсорбере

Процесс абсорбции может происходить в том случае, если рабочая концентрация компонента в газе выше равновесной. Следовательно, рабочая линия должна располагаться выше равновесной кривой (рисунок 18.3) .

Число теоретических тарелок в абсорбере определяется графическим построением ступенчатой линии между рабочей и равновесной линиями.

Рис. 18.3. Графический расчет числа теоретических тарелок в абсорбере:

АВ — рабочая линия;ОС — кривая равновесная фаз

Входящий в абсорбер газ и уходящий насыщенный абсорбент встречаются в нижнем сечении, т.е. их составы должны удовлетворять уравнению рабочей линии (точка В). В результате взаимодействия потоков газа и жидкости на нижней тарелке абсорбера образуются равновесные потоки газа и жидкости, составы которых определяются точкой1на равновесной кривой. Проведя горизонталь до пересечения в точке 2с рабочей линией, получим состав жидкости, стекающий с вышерасположенной тарелки. Продолжив аналогичные построения, достигнем точкиА, находящейся на рабочей линии, координаты которой определяются составами уходящего из абсорбера газаY_ки свежего абсорбентаX_н . В данном случае число теоретических тарелок равно пяти.

Увеличение расхода абсорбента изменяет положение рабочей линии, приводя к уменьшению числа тарелок (прямая АВ₁). Уменьшение удельного расхода абсорбента приводит к повороту рабочей линии вокруг точкиА. В результате при некотором минимальном расходе абсорбента рабочая линия займет положение ADB₂, касаясь линии равновесия в точкеD. В этом случае заданное извлечение может быть получено только при бесконечном числе тарелок ( n®¥).

С повышением температуры наклон кривой равновесия фаз становится более крутым, и она приближается к рабочей линии, что вызывает увеличение числа тарелок. Повышение давления вызывает уменьшение числа тарелок.

18.4 Абсорбция сухих газов. Формула Кремсера

При абсорбции компонентов газа из многокомпонентной смеси при малом содержании извлекаемых компонентов коэффициент извлечения любого компонента определяется по формуле Кремсера:

( 80)

гдеj-степень извлечения,

n -число теоретических тарелок,

-фактор абсорбции

K-константа фазового равновесия.

Анализ этой формулы оказывает, что при А = const, чем больше n, тем большеj. При увеличении подачи абсорбента ( L ) увеличиваетсяАи соответственно степень извлечения.j

Если увеличить давление в системе, то Куменьшится (), величинаАувеличится и степень извлечения увеличится.

При охлаждении системы К уменьшается и доля извлечения тоже увеличивается.

При заданной степени извлечения и абсорбционном факторе определяют число теоретических тарелок.

Рис. VI-9. График для расчета процесса абсорбции (десорбции) многокомпонентной смеси

При абсорбции сухих газов количество извлекаемых компонентов невелико, что позволяет пользоваться формулой Кремсера