Материальный баланс и рабочая линия процесса

Примем расход фаз по высоте аппарата постоянными и выразим содержание поглощаемого газа в относительных

мольных концентрациях. Обозначим: G–расход инертного газа, кмоль/сек; и –начальная и конечная концентрации абсортива в газовой смеси, кмоль/кмоль инертного газа; L–расход абсорбента, кмоль/сек; его концентрация; и , кмоль/кмоль, абсорбента.Тогда уравнение материального баланса будет:

G( – )= L( – ) (1)

Отсюда общий расход абсорбента (в кмоль/сек)

L=G

а его удельный расход(в кмоль/кмоль инертного газа)

l = =

Это уравнение можно переписать так

– = l – Последнее уравнение показывает, что изменение концентрации в абсорбционном аппарате происходит прямолинейно и, следовательно, в координатах Y–X рабочая линия процесса абсорбции представляет собой прямую с углом наклона, тангенс которого равен l =L/G.

Движущая сила

Скорость процесса абсорбции характеризуется уравнением:

M= (2)

где –коэффициент массопередачи;

F–поверхность контакта фаз;

М-масса вещества, переносимого из фазы в фазу в единицу времени(нагрузку аппарата).

–величина средней движущей силы;

И уравнением

M= (3)

В этих уравнениях коэффициенты массопередачи определяются следующим образом:

(4) и (5)

 

где –коэффициент массоотдачи от патока газа к поверхности контакта фаз;

–коэффициент массоотдачи от поверхности контакта фаз к потоку жидкости;

m–тангенс угла наклона линии равновесия;

Для хорошо растворимых газов величина m незначительна и мало также для диффузионное сопротивление в жидкой фазе.Тогда >> и можно принять, что .Для плохо растворимых газов можно пренебречь диффузионным сопротивлением газовой фазе (в этом случае значения m и велики). Отсюда

>> можно полагать, что .

В уравнении 2 мольные концентрации газовой фазы могут быть заменены парциальным давлением газа, выраженнымв долях общего давления.Тогда

M= (6)

где –средняя движущая сила процесса, выраженная в единицах давления; – коэффициент массопередачи, отнесённый к единице движущей силы, выражаемой через парциальные давления поглощаемого газа.

Если линия равновесия является прямой, то средняя движущая сила процесса выражается уравнением:

= (7)

где = и =- –движущая сила на концах абсорбционного аппарата;

– парциальные давления газа на входе в аппарат и на выходе в него;

и – равновесные парциальные давления газа на входе в аппарат и на выходе из него.

 

 

Абсорберы - аппараты, в которых осуществляются абсорбционные процессы. Так как абсорбция протекает поверхности раздела фаз, то абсорберы должны иметь развитую поверхность соприкосновения между жидкостью и газом. По способу образования этой поверхности абсорберы разделяют на: поверхностные, плёночные, тарельчатые и насадочные.

Поверхностные абсорберы используют для поглощения хорошо растворимых газов (например, для поглощения хлористого водорода водой). В них газ проходит над поверхностью неподвижной или медленно движущейся жидкости. Так как поверхность соприкосновения в таких абсорберах мала, то устанавливают несколько последовательно соединённых аппаратов, в которых газ и жидкость движутся друг к другу. Для того чтобы жидкость перемещалась по абсорберам самотёком, каждый последующий по ходу жидкости аппарат располагают несколько ниже предыдущего. Для отвода тепла, выделяющегося при абсорбции, в аппаратах устанавливают змеевики, охлаждаемые водой или другим охлаждающим агентом, либо помещают абсорбер в сосуды с проточной водой.

Пластинчатый абсорбер состоит из двух систем каналов: по каналам большего сечения движутся противотоком газ и абсорбент, по каналам меньшего сечения движется охлаждающий агент (как правило вода). Пластинчатые абсорберы обычно изготавливают из графита, так как он является химически стойким материалом, хорошо проводящим тепло. Поверхностные абсорберы имеют ограниченное применение из-за их малой эффективности и громоздкости.

Плёночные абсорберы более эффективны и компактны, чем поверхностные. В плёночных абсорберах поверхностью контакта фаз является поверхность текущей плёнки жидкости.

В трубчатом абсорбере абсорбент на верхнюю трубную решётку, распределяется по трубам и стекает по их внутренней поверхности в виде тонкой плёнки. В аппаратах с большим числом труб для более равномерной подачи и распределения жидкости по трубам используют специальные распределительные устройства. Газ движется по трубам снизу вверх навстречу стекающей жидкой плёнке. Для отвода тепла по межтрубному пространству пропускают воду или другой охлаждающий агент.