Лабораторная работа № 16

ИССЛЛЕДОВАНИЕ ПРОЦЕССА АБСОРБЦИИ В НАСАДОЧНЫХ АППАРАТАХ

I. Цель работы

Исследование влияния гидродинамических режимов в насадочных колонных аппаратах на интенсивность процесса абсорбции.

2. Содержание работы

1) Изучить влияние технологических режимов ведения процесса аб­сорбции на интенсивность массопереноса в насадочных колоннах.

2) Провести эксперименты с определением количества поглощаемого жидкостью компонента газовой смеси при различных расходах жид­кости газа.

3) Рассчитать число единиц переноса и коэффициент массопередачи в абсорбере по полученным экспериментальным данным.

4) Построить зависимость коэффициента массопередачи от расхода воздуха или от другого параметра, указанного преподавателем.

5) .Провести анализ полученных результатов и дать рекомендации по повышению интенсивности процесса абсорбции.

3. Теоретическая часть

Абсорбцией называется процесс избирательного извлечения ком­понентов газовой или парогазовой смесей жидкими поглотителями абсорбентами.

В промышленности процесс абсорбции применяется для обезвре­живания газовых выбросов и улавливания полезных продуктов из га­зовых смесей.

Процесс абсорбции относится к массообменным, в котором участ­вуют две фазы: газовая и жидкая. Газовая фаза представляет собой смесь практически не поглощаемого газа с поглощаемыми одним или несколькими компонентами. Жидкая фаза обладает ярко выраженной из­бирательностью при поглощении (растворении) компонентов газовой смеси.

Различают физическую и химическую абсорбции. При физической абсорбции образуется раствор поглощаемого компонента в жидкости, при хемосорбции поглощаемый компонент вступает в химическую реакцию с абсорбентом или с растворенным абсорбенте веществом.

Физическая абсорбция являете обратимым процессом.

Процесс выделения поглощаемого компонента из абсорбента назы­вается десорбцией. Аппараты, в которых осуществляется процесс абсорбции, называются абсорберами.

Для создания поверхности контакта фаз между жидкостью - абсорбентом и газом существуют различные способы, в зависимости or которых различают следующие типы абсорберов:

1) распылительные или барботажные;

2) поверхностные и пленочные ;

3) насадочные;

4) тарельчатые.

Наибольшее распространение получила последние два типа абсорберов.

Массоперенос перераспределяемого компонента в процессе аб­сорбции осуществляется из газовой фазы в жидкую, и движущей си­лой процесса массопередачи является разность между рабочей и рав­новесной концентрациями. Под равновесным состоянием контактирующих жидкой и газовой фаз подразумевается такое предельное состояние при массопереносе, при котором устанавливается постоянство концен­траций в обеих фазах и процесс массопередачи прекращается. Равновесное состояние является динамическим и соответствующие ему концентрации фаз называются равновесными.

Рабочие концентрации - это концентрации в контактирующих фазах, участвующих в процессе.

Равновесие в системах газ-жидкость определяется на основании закона Генри:

(16.1)

где р_к - парциальное давление компонента в газовой смеси; Е - константа Генри, зависящая от температуры; х - мольная доля компо­нента в жидкости и закона Дальтона

(16.2)

где Р - давление в газовой смеси; y - мольная доля компонента в газовой смеси.

На основании этих законов определяется уравнение линии равновесных концентраций, выраженные в мольных долях ( х - кмоль компонента/кмоль смеси газа, у - кмоль компонента/кмоль раствора;

(16.3)

где у_р - концентрация компонента в газовой смеси, равновесной с жидкостью, концентрация в которой х; константа равно­весия.

При расчете процесса абсорбции обычно мольные:

,

используются относи­тельные концентрации, в том числе и относительные

(16.4)

размерности относительных мольных концентраций: Х - кмоль компонента/кмоль инертного газа, у - кмоль компонента/кмоль абсорбента. В указанных концентрациях линия равновесных концентраций описывается уравнением

(16.5)

Материальный баланс абсорбера

(16.6)

где G_x - расход абсорбента, кмоль абсорбента/с;

G_у- расход инертного газа, кмоль инертного газа/с.

Нижние индексы в Х и У "н" и "к" обозначают начальные и ко­нечные значения соответствующих концентраций в аппарате.

В относительных концентрациях линия рабочих концентраций бу­дет прямой. Графически линии рабочих и равновесных концентраций. изображены на рис.16.2. С помощью линий равновесных в работах концентраций можно определить движущую силу процесса ∆У для конкретной рабочей точки:

(16.7)

где У, Ур - рабочая и равновесная концентрации»

Как видно из рис.16.2, движущая сила изменяется в аппарате. При расчете массообменных. аппаратов движущую силу усредняют. Ес­ли линия равновесных концентраций прямая (или незначительно отли­чается от прямой, как в случае процесса абсорбции, то средняя. движущая сила является средне логарифмической величиной между движущими силами на входе и выходе из аппарата:

, (16.8)

где ∆У_н=У_н - У_р ; ∆У_к = У_к - У_рк -движущие силы процес­са на входе и выходе газовой смеси из аппарата.