Материальный баланс, определение массы улавливаемого сероводорода и расхода поглотителя

Массу сероводорода, переходящего в процессе абсорбции из газовой смеси в поглотитель за единицу времени, находят из уравнения материального баланса:

где - масса улавливаемого компонента, ;

- расходы соответственно чистого поглотителя и инертной части газа, ;

- начальная и конечная концентрация сероводорода в газе, ;

- начальная и конечная концентрация сероводорода в поглотителе, .

Проведем пересчет концентраций и нагрузок по фазам в выбранную для расчета размерность:

где - мольная доля сероводорода в газе на входе в абсорбер, ; - мольная масса сероводорода, ; [2]; - мольная масса воздуха, ; [2].

Поскольку мольная доля любого компонента смеси идеальных газов равна его объемной доли, определим мольную долю сероводорода на входе в абсорбер:

Тогда

Конечная концентрация сероводорода в газе рассчитывается из регламентированной степени улавливания по формуле:

Конечная концентрация абсорбируемого компонента в абсорбенте обуславливает расход поглотителя, который в свою очередь влияет на размеры абсорбера и часть энергетических затрат, связанных с перекачиванием жидкости и ее регенерацией. Конечную концентрацию можно определить из уравнения материального баланса, выбрав оптимальный коэффициент избытка поглотителя.

Из уравнения материального баланса следует:

где - минимальный массовый расход чистого поглотителя, ; - конечная относительная массовая концентрация сероводорода в поглотителе, равновесная относительной массовой концентрации сероводорода в газе , ; - коэффициент избытка поглотителя. На основании технико-экономических расчетов коэффициент избытка поглотителя принимают равным 1,1 [1]. Отсюда

С учетом заданной степени регенерации абсорбера , определим концентрацию сероводорода в регенерированном поглотителе:

Проверим, не противоречат ли определённые выше параметры необходимому условию проведения процесса абсорбции наличию движущей силы процесса в любой точке по высоте аппарата, а именно:

Массовый расход инертной части газа может быть определён из выражения

где -- массовый расход инертной части газа, ; -- объёмный расход газа при нормальных условиях, ; -- средняя плотность инертной части газа при нормальных условиях, ; где -- средняя плотность газа при нормальных условиях, ; -- объёмная массовая концентрация сероводорода в газе на входе в абсорбер, . Среднюю плотность газа также можно рассчитать, зная его среднюю молекулярную массу из уравнения Менделеева-Клапейрона. Для аммиачного газа при нормальных условиях получим:

где -- нормальное давление,

; ; -- газовая постоянная,

; ;

-- абсолютная температура при нормальных условиях, ; .

Объёмная массовая концентрация сероводорода в газе на входе в абсорбер определяется по формуле для пересчета концентраций

;

Тогда

Производительность абсорбера по поглощаемому компоненту

Определим материальные потоки процесса.

Расход поглотителя (воды) равен

Тогда отношение расходов фаз или удельный расход поглотителя определяется

Расходы поглощающей смеси на входе и выходе абсорбера, соответственно и , определяются выражениями:

Расходы газовой смеси на выходе и входе абсорбера, соответственно и , будут:

Расчёт движущей силы

В насадочном абсорбере жидкая и газовая фазы движутся противотоком, при этом контакт фаз близок к непрерывному. Учитывая, что данный процесс абсорбции - изотермический (линия равновесия является прямой линией), расходы фаз постоянны (G=const и L=const), т.е. и рабочая линия является прямой.

Предполагая, что потоки фаз равномерно распределены по поперечному сечению аппарата, перемешивание отсутствует, и все частицы каждой фазы движутся с одинаковыми скоростями, при этом концентрации фаз постоянны по поперечному сечению аппарата и изменяются только по его высоте, т.е. принимая модель идеального вытеснения, средняя движущая сила определяется по формуле

где: -- большая и меньшая движущие силы на входе потоков в абсорбер и на выходе из него,

где: -- относительные массовые концентрации сероводорода в газе, равновесные с концентрациями в жидкой фазе (поглотителе), соответственно, на входе в абсорбер и на выходе из него, .