Абсорбционная установка

[3], с.282...314; [4], с.190.,.225

3.3.1. Составляют принципиальную технологическую схему абсорбционной установки [1...4]. На схему наносят параметры потоков (расход, температуру, концентрацию, давление газа), дополняя их по мере выполнения расчетов. Для насадочных колонн выбирают тип насадки и приводят ее характеристики [3,4].

3.3.2. Приводят данные о физико-химических свойствах инертного газа, абсорбента, поглощаемого компонента и его раствора в абсорбенте в зависимости от температуры и состава.

3.3.3. В справочной литературе [3,7] находят экспериментальные данные о равновесных составах в системе «жидкость - газ», на основании которых строят равновесную линию.

При низких концентрациях поглощаемого компонента в жидкой фазе для нахождения соотношения между равновесными жидкостью и газом можно использовать закон Генри

где		-	парциальное давление компонента в газовой фазе над равновесной с газом жидкостью;
	Е	-	коэффициент Генри, зависящий от температуры и от природы газа и жидкости;
	х	-	молярная доля компонента в жидкости.

В соответствии с законом Дальтона , поэтому получаем

где		-	молярная доля компонента в газовой фазе, равновесной с жидкостью;
		-	безразмерный коэффициент распределения;
	П	-	общее давление газовой смеси

При абсорбции паров, образующих в жидкой фазе идеальный раствор, можно использовать закон Рауля

где		-	парциальное давление компонента в парогазовой смеси над жидкостью в условиях равновесия;
		-	давление насыщенного пара чистого компонента.

При подстановке в это уравнение значения получаем

Равновесные составы в молярных долях пересчитывают вотносительные молярные концентрации или относительные массовыеконцентрации и представляют в виде таблицы. По данным таблицы равновесных составов строят линию равновесия.

3.3.4. Составляют материальный баланс абсорбера.

Заданные концентрации поглощаемого компонента в газовой фазе и в абсорбенте пересчитывают в относительные (молярные или массовые) доли. Рассчитывают расход инертного газа G и поглощаемого компонента М. С использованием линии равновесия определяют содержание поглощаемого компонента в жидкости на выходе из абсорбера , равновесное с поступающим в абсорбер газом. Вычисляют минимальный расход абсорбента:

где	-	теоретически минимальный расход поглотителя, кг/с;
	-	концентрация поглотителя на входе в абсорбер, равновесная с газом, поступающим в абсорбер, кг/кг;
	-	концентрация поглотителя на входе в абсорбер, кг/кг.

Рабочий расход жидкого поглотителя L определяют с учетом его избытка:

где

коэффициент избытка поглотителя

Концентрацию Х_к поглощаемого компонента в жидкой фазе на выходе из абсорбера определяют из соотношения

Выполняют проверку правильности проведенных вычислений по уравнению материального баланса:

где	G	-	расход инертного газа, кг/с;
	L	-	расход абсорбента кг/с;
	Y_H,Y_K	-	концентрации поглощаемого компонента в газе на входе в абсорбер и на выходе из него, кг/кг инертного газа;
	Х_Н, Х_к	-	концентрации поглощаемого компонента в жидкой фазе на входе в абсорбер и на выходе из него, кг/ кг поглотителя.

Строят рабочую линию в координатах Y-X [3,4].

3.3.5. Расчет диаметра абсорбера аналогичен расчету диаметра ректификационной колонны:

где	V	-	объемный расход проходящего по колонне газа, м³/с
	w	-	скорость газа, отнесенная к полному поперечному сечению абсорбера (рабочая скорость), м/с

Скорость проходящего по тарельчатой колонне газа можно рассчитать по уравнению

где	-	плотность жидкой фазы, кг/м³;
	-	плотность газовой фазы, кг/м³;
	-	опытный коэффициент, зависящий от конструкции тарелок и расстояния между тарелками. Значения коэффициентов С для колонных аппаратов приведены в [3].

Для насадочного абсорбера рабочая скорость газа составляет

где

w_з

скорость газа, отвечающая точке захлебывания [3,4].

3.3.6. Определяют высоту абсорбционной колонны.

Высоту слоя насадки определяют по формуле

где		-	число единиц переноса;
		-	общая высота единицы переноса.

При расчете высоты насадочного абсорбера, когда равновесная линия будет близка к прямой, число единиц переноса будет равно

где

средняя движущая сила массопередачи в абсорбере, рассчитывается следующим образом:

где		-	движущая сила на входе в абсорбер;
		-	движущая сила на выходе из абсорбера.

При криволинейной равновесной зависимости число единиц переноса п_оу находят графическим построением или методом графического интегрирования[3,4].

Высота слоя насадки может быть рассчитана также по уравнению

где		-	высота, эквивалентная теоретической тарелке (ВЭТТ), м;
		-	число теоретических тарелок.

Число ступеней, построенных между рабочими линиями и равновесной кривой, соответствует числу теоретических тарелок п_Т. Величина определяется по эмпирическим уравнениям, полученным на основании обработки экспериментальных данных [2... 4].

При известных критериальных зависимостях для расчета коэффициентов массоотдачи из основного уравнения массопередачи можно рассчитать поверхность контакта фаз и затем определить высоту насадки [3,4].

Коэффициент массопередачи Ку находят по уравнению аддитивности фазовых диффузионных сопротивлений:

где		-	коэффициенты массоотдачи соответственно в газовой и жидкой фазах,
	m	-	коэффициент распределения, кг/кг.

Поверхность контакта фаз F может быть найдена из основного уравнения массопередачи:

где

расход поглощаемого компонента, кг/с.

Высоту насадки, необходимую для создания этой поверхности массопередачи, рассчитывают по формуле:

где		-	удельная поверхность насадки, м²/м³
		-	безразмерный коэффициент смоченности насадки.

Для тарельчатых абсорберов при определении числа тарелок используют метод теоретических тарелок, если известен средний КПД колонны [3], или метод кинетической кривой, по которому в зависимости от гидродинамического режима работы, конструкции и размера тарелки по эмпирическим уравнениям определяют ее эффективность [4].

Число действительных тарелок п можно определить также через суммарную площадь всех тарелок F и рабочую площадь одной тарелки f:

Суммарную площадь тарелок абсорбера вычисляют из модифицированного уравнения массопередачи, в котором коэффициент массопередачи К_у отнесен к единице рабочей площади тарелки:

Коэффициенты массоотдачи и определяют по эмпирическим уравнениям. Пример использования этого метода для определения числа тарелок абсорбера приведен в [4].

3.3.7. Рассчитывают гидравлическое сопротивление колонны [2...4]. Выполняют расчет трубопроводов. Выбирают компрессорную машину для

подачи газовой смеси в абсорбер и насос для подачи абсорбента [4].

3.3.8. Выполняют тепловой расчет холодильников для газа и абсорбента. Один из теплообменных аппаратов, который указан в задании, рассчитывают подробно, другой - ориентировочно.