Абсорбция. Материальный баланс процесса. Лекция 21 Абсорбция. Материальный баланс процесса
 Скачать 24.73 Kb.
|
|
Лекция 21 Абсорбция. Материальный баланс процесса Абсорбцией называют процесс поглощения газов или паров из газовых или парогазовых смесей жидкими поглотителями (абсорбентами). При физической абсорбции поглощаемый газ (абсорбтив) не взаимодействует химически с абсорбентом. Если же абсорбтив образует с абсорбентом химическое соединение, то процесс называется хемосорбцией. Физическая абсорбция в большинстве случаев обратима. На этом свойстве абсорбционных процессов основано выделение поглощенного газа из раствора — десорбция. Сочетание абсорбции с десорбцией позволяет многократно применять поглотитель и выделять поглощенный компонент в чистом виде. Во многих случаях проводить десорбцию не обязательно, так как абсорбент и абсорбтив представляют собой дешевые или отбросные продукты, которые после абсорбции можно вновь не использовать (например, при очистке газов). В промышленности процессы абсорбции применяются главным образом для извлечения ценных компонентов из газовых смесей или для очистки этих смесей от вредных примесей. Материальный баланс и расход абсорбента. Примем расходы фаз по высоте аппарата постоянными и выразим содержание поглощаемого газа в относительных мольных концентрациях. Обозначим: G — расход инертного газа, кмоль/сек; Yн и Yк — начальная и конечная концентрации абсорбтива в газовой смеси, кмоль/кмоль инертного газа; L — расход абсорбента, кмоль/сек; его концентрации Хн и Хк, кмоль/кмоль абсорбента. Тогда уравнение материального баланса будет: G(Yн –Yк) = L(Xк – Xн) (ХI.14) Отсюда общий расход абсорбента (в кмоль/сек)  (XI.14a)а его удельный расход (в кмоль/кмоль инертного газа)  (XI.15)Это уравнение можно переписать так: Yн –Yк = l(Xк – Xн) (XI.16) Уравнение (XI, 16) 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 I = L/G. Между удельным расходом абсорбента и размерами аппарата существует определенная связь. Через точку В с координатами Хн и Yк (рис. XI-2) проведем, согласно уравнению (XI,16), рабочие линии ВА, ВА1, ВА2, ВA3, отвечающие различным концентрациям абсорбента или разным удельным его расходам. При этом точки А, A1, A2, A3 будут лежать на одной горизонтальной прямой в соответствии с заданной начальной концентрацией Yн газа в смеси. В  случае растворов небольшой концентрации для любого значения X и выбранной величины I движущая сила процесса выражается разностью ординат Y—Y*, изображенных вертикальными отрезками, соединяющими соответствующие точки рабочей линии и линии равновесия Y* = f(X). Для всего аппарата можно принять среднее значение Fcp, величина которого, например, для рабочей линии BAl, изображена на рисунке отрезком Yср1. Величина Yср будет тем больше, чем круче наклон рабочих линий и, следовательно, чем больше удельный расход абсорбента. Если рабочая линия ВА совпадает с вертикалью, то движущая сила процесса имеет максимальное значение, однако удельный расход абсорбента I при этом будет бесконечно большим (так как Хк = Хн). Если же линия рабочих концентраций ВА3 касается линии равновесия, то удельный расход абсорбента минимален (I = lmin), а движущая сила в точке касания равна нулю, поскольку в этой точке рабочая концентрация равна равновесной. В первом случае размеры абсорбционного аппарата будут наименьшими при бесконечно большом расходе абсорбента, во втором — расход абсорбента наименьший при бесконечно больших размерах аппарата. Таким образом, оба случая являются предельными и практически неосуществимы.В реальном абсорбционном аппарате равновесие между фазами не достигается и всегда Хк < Х*к, где Х*к — концентрация поглощаемого газа в жидкости, находящейся в равновесии с поступающим газом. Отсюда следует, что значение I всегда должно быть больше минимального значения lmin, отвечающего предельному положению рабочей линии (линия ВА3 на рис. XI-2). Значение lmin можно определить по уравнению (XI,16) при замене Хк на Xк*:  (XI.17)Необходимо отметить, что увеличение удельного расхода l абсорбента одновременно со снижением высоты аппарата приводит к определенному увеличению его диаметра. Это объясняется тем, что с увеличением l возрастает также расход поглотителя L, а при этом, снижаются допустимые скорости газа в аппарате, по которым находят его диаметр. Вот почему в тех случаях, когда удельный расход абсорбента не задан технологическими условиями, т.е. когда не задана конечная концентрация Хк абсорбента, следует выбирать такое соотношение между размерами абсорбционного аппарата и удельным расходом lабсорбента, при котором величина I и размеры аппарата будут оптимальными |