 |
|
Материальный баланс и расход абсорбента
Введение
Абсорбцией называется процесс поглощения газа или пара жидким
поглотителем (абсорбентом). Обратный процесс – выделение поглощенного газа
из поглотителя называется десорбцией.
В промышленности абсорбция с последующей десорбцией широко
применяется для выделения из газовых смесей ценных компонентов, для
очистки технологических и горючих газов от вредных примесей, для
санитарной очистки газов и т. д.
По способу образования поверхности соприкосновения фаз,
абсорбционные аппараты можно разделить на поверхностные, барботажные и
распыляющие.
К типу поверхностных абсорберов относятся насадочные абсорберы,
представляющие собой колонны, загруженные насадкой – твердыми телами
различной формы. Наличие насадки позволяет значительно увеличить
поверхность контакта газа и жидкости. К наиболее распространенным
насадкам в виде тонкостенных колец (колец Рашига) высотой, равной
диаметру.
стр. 4 из 22
4
Цель расчета
Целью расчета является закрепление теоретических выводов и
расчетно-практических рекомендаций по курсу «Процессы и аппараты
химической технологии» и их приложение к конкретному материальному и
конструктивному расчету абсорбера.
Исходные данные для расчета
Схема насадочного абсорбера представлена на рисунке 2.1.
Рисунок 2.1 – Схема насадочного абсорбера
Исходные данные приведены в таблице 2.1.
Таблица 2.1 – Исходные данные
Исходные данные приведены в таблице 2.1.
Таблица 2.1 – Исходные данные
1 Газовая смесь (CH3 )2CO ацетон - воздух
2 Поглотитель вода
3 Производительность по газу, 0,9
4 Концентрация газа yН , % объем. 10
5 Степень поглощения j , % 94
6 Коэффициент избытка поглотителя b 1,28
7 Уравнение линии равновесия y* = 1 ,68x ,
[кмоль кмоль]
Примечание: производительность по газу дана для нормальных условий
0oС , а на практике абсорбер работает при рабочих условиях 20oC .
стр. 5 из 22
5
Материальный баланс и расход абсорбента
Материальный расчет сводится к определению конечной концентрации
ацетона в воздухе, выходящего из абсорбера и конечной концентрации
ацетона в воде, вытекающего снизу из абсорбера.
Уравнение материального баланса по потокам имеет вид:
GН + LН = + LК GК ,
где GН - массовый расход газовой смеси, входящей в аппарат;
LН - массовый расход поглотителя, входящего в аппарат;
GК - массовый расход обедненной газовой смеси, выходящей из
аппарата;
LК - массовый расход обогащенного поглотителя, выходящего из
аппарата.
Поскольку начальные и конечные массовые расходы равны, то уравнение
материального баланса по распределяемому компоненту запишется /2, с.47/:
M = G(YН -YК ) = L(XК - XН ) , (3.1)
где G - массовый расход воздуха в газовой смеси, кмоль с ;
YН - начальная концентрация ацетона в воздухе, снизу, при входе в
абсорбер, кмоль воздуха
кмоль ацетона , по рекомендациям /1, с.271-272/:
Н
Н
Н y
y
Y
-
=
1
. (3.2)
Здесь yН - начальная концентрация газовой смеси, кмоль (ацетон воздух )
кмоль ацетона
+ , по
исходным данным = 0,1 yН кмоль (ацетон воздух)
кмоль ацетона
+ . Тогда подставив численные
значения в формулу (3.2) получим:
0,1111
1 0,1
0,1 =
-
= YН кмоль воздуха
кмоль ацетона ;
YК - конечная концентрация ацетона в воздухе, выходящего из
абсорбера, кмоль воздуха
кмоль ацетона , по рекомендациям /1, с.280/:
(1 )
1
(1 j) - j
-
= - =
Н
Н
К Н y
y
Y Y . (3.3)
стр. 6 из 22
6
Здесь j - степень поглощения, по исходным данным j = 0,94 . Подставив
численные значения в формулу (3.3) получим:
(1 0,94) 0,0067
1 0,1
0,1 - =
-
= YК кмоль воздуха
кмоль ацетона ;
L - массовый расход воды, кмоль с ;
XК - конечная концентрация ацетона в воде, вытекающего снизу из
абсорбера, кмоль воды
кмоль ацетона :
b
*
К
К
X
X = . (3.4)
Здесь *
XК - равновесная концентрация ацетона в воде, кмоль воды
кмоль ацетона , находится
из уравнения линии равновесия:
1 ,68
* Н
К
Y
X = ,
0,0661
1 ,68
* = 0,1111 = XК кмоль воды
кмоль ацетона ;
b - коэффициент избытка поглотителя, исходя из начальных условий
b = 1 ,28 . Подставив численные значения в формулу (3.4), получим:
0,0517
1 ,28
= 0,0661 = XК кмоль воды
кмоль ацетона .
XН - начальная концентрация ацетона в воде, подаваемой наверх
абсорбера, кмоль воды
кмоль ацетона , по рекомендациям /1, с.292/ = 0 XН кмоль воды
кмоль ацетона .
Строим на X -Y диаграмме (рисунок 3.1) равновесную (по уравнению
Y* = 1 ,68X ) и рабочую линию.
Переведем производительность по воздуху из нормальных условий в
рабочие условия. Для этого из уравнения Менделеева-Клапейрона при
постоянстве давления получим зависимость:
V1 T1 = V2 T2 .
стр. 7 из 22
7
Выразим из этой формулы V2 , т.е. производительность по воздуху при
рабочих условиях (20oC ):
1
1 2
2 T
VT
V = .
Подставим численные значения в эту формулу, учитывая, что
V1 - производительность по воздуху, по исходным данным V м с 3
1 = 0,9 , тогда
получим:
0,966
273
0,9 (273 20)
2 =
× +
V = м3 с .
Массовый расход воздуха при рабочих условиях найдем по формуле:
273
22,4 (273 20)
2
× +
G = V , кмоль с , (3.5)
Здесь 24,04
273
22,4 (273 20) =
× + 3 м занимает 1 кмоль газа при рабочих
условиях. Тогда по уравнению (3.5):
G = 0,966 24,04 = 0,0402 кмоль с .
Массовый расход воды найдем исходя из уравнения (3.1):
( )
( )
К Н
Н К
X X
G Y Y
L
-
-
= ,
0,0811
(0,0517 0)
0,0402 (0,1111 0,0067) =
-
× -
L = кмоль с .
Тогда по формуле (3.1) найдем количество поглощаемого ацетона:
M = 0,0402 × (0,1111 - 0,0067 ) = 0,0811 × (0,0517 - 0) = 0,0042 кмоль с .
стр. 8 из 22
8
YК
YН
*
YН
XК *
XК кмоль воды
X, кмоль ацетона
кмоль воздуха
Y, кмоль ацетона
Рисунок 3.1 – X-Y диаграмма процесса абсорбции