2018-03-09
801
[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 Хк 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; | |
| YH,YK | - | концентрации поглощаемого компонента в газе на входе в абсорбер и на выходе из него, кг/кг инертного газа; | |
| ХН, Хк | - | 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 | wз | - | 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 поу 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 пТ. 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 | М | - | 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 Ку 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.
