2. Абсорбция

Абсорбцией называется процесс избирательного поглощения компонентов из газовой или паровой смеси жидким поглотителем, в котором данный компонент растворим.

1. Материальный баланс абсорбера.

Выражая концентрации поглощаемого компонента в газе и жидкости в относительных массовых (или мольных) единицах, получим уравнение материального баланса (в массовых единицах):

(2.1)

где М – расход поглощаемого компонента, кг/с;

G и L – расходы инертного газа и жидкого поглотителя, кг/с;

, – концентрации поглощаемого компонента в газе в низу и на верху абсорбера (рис.2.1), кг/кг инертного газа;

, – то же в жидкости, кг/кг жидкого поглотителя.

Уравнение рабочей линии (прямая линия АВ на рис. 2.2):

(2.2)

или

(2.3)

где и переменные по высоте колонны концентрации поглощаемого компонента в контактирующих неравновесных потоках газа и жидкости в данном сечении абсорбера – рис 2.1.

Расход жидкого поглотителя:

(2.4)

Здесь – коэффициент избытка поглотителя, в большинстве случаев избыток поглотителя составляет от 20 до 80 % , т.е. ;

– теоретически минимальный расход поглотителя, определяемый графическим (см. рис. 2.2) или аналитическим путём.

, (2.5)

где – концентрация поглощаемого газа в жидкости, находящейся в равновесии с поступающим газом.

Степенью поглощения (или извлечения) называется величина

.

2. Средняя движущая сила в абсорбере с непрерывным контактом фаз.

Уравнение массопередачи:

, (2.6)

где F – поверхность массопередачи в абсорбере, м²;

М – рас­ход поглощаемого компонента, кг/с;

– коэффициент массопередачи, ;

– средняя движущая сила, которая определяется следующим образом:

Если в пределах от до (рис. 2.2) линия равновесия пря­мая, то

(2.7)

где и – концевые движущие силы; в низу абсор­бера при ; – на верху абсорбера при .

Когда отношение и находится в пределах:

среднюю движущую силу в абсорбере можно рассчитывать по более простой формуле:

(2.8)

Если же линия равновесия не прямая, то

. (2.9)

Величину интеграла в знаменателе последнего уравнения на­ходят графическим построением или методом графического ин­тегрирования. Другой метод расчета при криволинейной линии равновесия: разбивают равновесную линию на участки, принимае­мые приближенно за отрезки прямых, и для каждого участка в от­дельности определяют среднюю движущую силу по уравнению (2.7) или 2.8).

12. Определение диаметра насадочного абсорбера.

Диаметр абсорбционной колонны D рассчитывают по уравнению расхода для газового потока:

(2.10)

где V – расход газа, проходящего через абсорбер, м³/с;

ω – скорость газа, отнесенная к полному поперечному сечению колонны (фиктивная), м/с.

Скорость газа ω находят следующим путем:

а) рассчитывают фиктивную скорость газа ω₃ в точке захлебывания (инверсии), соответствующей предельной нагрузке насадочного аппарата, по уравнению (при ρ_Ж >> ρ_Г):

(2.11)

где – удельная поверхность насадки, м²/м³;

g – ускорение свободного падения, м/с²;

V_CB – свободный объем насадки, м³/м³;

ρ_Г и ρ_Ж – плотности газа и жидкости, кг/м³;

– динамический коэффициент вязкости жидкости, мПа·с;

L и G – массовые расходы жидкости и газа, кг/с;

А = 0,022 для насадки из колец или спиралей, для ректификации А = – 0,125.

б) определяют рабочую скорость газа ω (фиктивную). В насадочных абсорберах рекомендуется принимать достаточно близко к скорости захлёбывания

ω = (0,8 0,9) ω₃.

13. Определение высоты насадочного абсорбера.

а) Через высоту единицы переноса (ВЕП).

Поверхность контакта фаз в абсорбере при пленочном режиме работы:

, (2.12)

где – высота слоя насадки, м;

S = πD²/4 – площадь поперечного сечения колонны, м²;

D – диаметр колонны, м;

– удельная поверхность сухой насадки, м²/м³;

– коэффициент смоченности насадки.

Высота слоя насадки:

, (2.13)

где G – постоянный по высоте колонны расход инертного газа, кг/с или кмоль/с;

– средний коэффициент массопередачи, ;

– высота единицы переноса, м:

; (2.14)

– общее число единиц переноса:

(2.15)

Из уравнения (2.9) следует:

(2.16)

При прямолинейной равновесной зависимости среднюю движу­щую силу рассчитывают по уравнению (2.7) или (2.8), при криволинейной равновесной зависимости число единиц пере­носа n_0у находят графическим построением или методом графи­ческого интегрирования.

Объемным коэффициентом массопередачи K_yV называют ве­личину

, (2.17)

где – удельная смоченная (активная) поверхность насадки, м²/м³;

при .

Применяя объемный коэффициент массопередачи, получаем для высоты единицы переноса:

(2.18)

б) Через высоту, эквивалентную теоретической тарелке (ВЭТТ).

Высота слоя насадки Н_н может быть рассчитана также по уравнению:

, (2.19)

где h_Э – высота, эквивалентная теоретической тарелке (ВЭТТ) или теоретиче­ской ступени (ВЭТС), м (определяется по экспериментальным данным);

n_Т – число теоретических тарелок (ступеней изменения концентрации).

Число теоретических тарелок – ступеней изменения концентрации в абсорбере определяют обычно графическим путём.

14. Критериальные формулы для расчёта коэффициентов массоотдачи в насадочных абсорберах с неупорядоченной насадкой (навалом) при плёночном режиме.

а) Для газовой фазы:

, (2.20)

где ; ; ;

β_Г – коэффициент массоотдачи для газа, м/с.

Уравнение (2.20) справедливо при значениях Re_Г от 10 до 10000.

б) Для жидкой фазы:

, (2.21)

где ; ; ;

β_Ж – коэффициент массоотдачи для жидкости, м/с;

D_Ж – коэффициент диффузии поглощаемого компонента в жидкости, м²/с;

L – массовый расход жидкости, кг/с;

– приведённая толщина жидкой плёнки, м.

14. Определение диаметра и высоты тарельчатой абсорбционной колонны проводится так же, как и для тарельчатых ректификационных колонн. Диаметр тарельчатого абсорбера рассчитывают по уравнениям (3.16) и (3.17). Высоту тарельчатой части абсорбера Н_Т определяют по уравнению (3.18). Требуемое число тарелок находят графически с применением кинетических зависимостей для расчёта коэффициентов массопередачи или ВЕП. При приближённых расчётах для определения числа тарелок находят графически число ступеней изменения концентрации, а затем число тарелок по уравнению (3.19).

Примеры.

1. Скруббер для поглощения паров ацетона из воздуха орошается водой в количестве 3000 кг/ч. Средняя температура в скруббере 20 °С. Через скруббер пропускается смесь воздуха с парами ацетона, содержащая 6 объемн. % ацетона. Чистого воздуха в этой смеси проходит 1400 м³/ч (0 °С и 760 мм рт. ст.). В скруббере улавли­вается 98% ацетона. Уравнение линии равновесия при растворении ацетона в воде: Y*= 1,68X, где X и Y выражены в киломолях ацетона на 1 кмоль второго компонента, т. е. воды или воздуха.

Найти диаметр и высоту скруббера, заполненного керамическими коль­цами размером 25×25×3 мм. Скорость газа принять на 25% меньше скорости захлёбывания. Коэффициент массопередачи К_у = 0,4 кмоль ацетона/(м²·ч· ). Коэффициент смоченности насадки принять равным единице.

Решение: количество поглощаемого ацетона:

где с_n = 0,98 – степень поглощения.

Начальная концентрация ацетона в воде, орошающей скруббер, X_В = 0.

Конечная концентрация ацетона в воде, вытекающей из скруб­бера:

Начальная концентрация ацетона в воздухе внизу при входе в скруббер:

Конечная концентрация ацетона в воздухе, выходящем из скруббера:

По этим точкам на диаграмме Y – X (рис. 2.3) нанесена ра­бочая линия; ниже проведена равновесная линия по уравне­нию Y* = 1,68 X.

Находим движущую силу абсорбции в низу скруббера:

Значение Y*_Н находим по уравнению равновесной линии для Х_Н , соответствующего низу скруббера:

Движущая сила абсорбции на верху скруббера:

Средняя движущая сила:

Требуемую поверхность массопередачи находим по уравнению:

Объем слоя керамиче­ских колец, необходимый для создания найденной поверхности, если ψ = 1 [см. формулу (2.12)], рав­няется:

,

где σ = 204 – удельная по­верхность насадки, м²/м³ (прил. 5.).

Определим сечение скруббера.

По уравнению (2.11) вычисляем фиктивную скорость газа для режима захлёбывания.

Значения входящих в это уравнение величин:

L = 3000 кг/ч, ρ_Ж = 1000 кг/м³ , μ_Ж = 1 мПа·с, V_СВ = 0,74 м³/м³ (прил. 5.).

, ,

Подставляем эти значения в формулу (2.11):

откуда ω_З = 1,56 м/сек.

По условию, берем скорость на 25% меньше, т. е. 1,17 м/сек.

Площадь поперечного сечения скруббера:

.

Отсюда, диаметр скруббера

Требуемая высота слоя насадки:

.

2. Определить коэффициент массопередачи в водяном скруббере при поглощении из газа диоксида углерода по следу­ющим данным. В скруббер поступает 5000 м³/ч газовой смеси, счи­тая при атмосферном давлении и при рабочей температуре. На скруббер подается 650 м³/ч чистой воды. Начальное содержание диоксида углерода в газе 28,4% (об.), конечное (в верху скруб­бера) 0,2% (об.). Давление в скруббере р_АБС = 16,5 кгс/см². Температура 15 °С. В нижнюю часть скруббера загружено 3 т керамических колец 50×50×5 мм. Выше загружено 17 т колец 35×35×4 мм. Коэффициент смоченности считать равным единице.

Решение: Вычислим суммарную поверхность всех колец. Поверхность колец 50×50×5 мм:

м² ,

где ρ₁ = 530 кг/м³ — насыпная плотность насадки из колец 50×50×5 мм;

σ₁ = 87,5 м²/м³ — удельная поверхность насадки (прил. 5.).

Аналогично вычисляем поверхность колец 35×35×4 мм:

Суммарная поверхность всех колец:

м².

Определим количество диоксида углерода, поглощенного водой.

Начальное количество диоксида углерода в газе (в низу скруб­бера):

м³/ч.

Количество диоксида углерода в выходящем газе (вверху скруббера):

м³/ч.

Поглощается водой:

м³/ч

(ρ ~ 0,1 МПа и t = 15° С)

или

кг/ч,

т. е. 2630/44 = 60 кмоль/ч.

Здесь 1,976 кг/м³ – плотность СО₂ при нормальных условиях; 44 кг/кмоль – мольная масса СО₂.

Находим движущую силу процесса абсорбции в низу скруб­бера.

Парциальное давление диоксида углерода на входе в скруббер:

р_Н = Пу_н = 0,284·1620 = 460 кПа,

где 1620= 16,5·98,1 кПа — общее давление в скруббере.

Мольная доля СО₂ в воде, вытекающей из скруббера:

.

Коэффициент Генри Е для диоксида при 15 °С равен 0,93×10⁶ мм рт. ст. (прил. 2.), или 0,124·10⁶ кПа; отсюда парци­альное давление диоксида углерода в газе, равновесном с жидко­стью, вытекающей из скруббера:

р_Н* = Ех_Н = 0,00166·0,124·10⁶ = 206 кПа.

Движущая сила процесса абсорбции в низу скруббера:

Δр_Н = ρ_Н - р_Н* = 460 — 206 = 254 кПа.

Определяем движущую силу процесса абсорбции на верху скруббера.

Парциальное давление диоксида углерода в газе, выходящем вверху из скруббера:

кПа.

Так как вода на орошение скруббера подается чистая, то пар­циальное давление диоксида углерода в равновесном с водой газе равно нулю; отсюда движущая сила процесса абсорбции на верху скруббера:

Δр_В = р_В - p_В^* = 3,24 - 0 =3,24 кПа.

Средняя движущая сила для всего процесса:

кПа.

Коэффициент массопередачи:

кг/(м²·ч·кПа).

Если коэффициент массопередачи отнести к разности давлений Δр, выраженной в мм рт. ст., то получим следующее его значение:

кг/(м²·ч·мм.рт.ст.).

3. В скруббере аммиак поглощается водой из газа под атмосферным давлением. Начальное содержание аммиака в газе 0,03 кмоль/кмоль инертного газа. Степень извлечения равна 90 %. Вода, выходящая из скруббера, содержит аммиака 0,02 кмоль/кмоль воды. Путем отвода теплоты в скруббере под­держивается постоянная температура.

Данные о равновесных концентрациях аммиака в жидкости и газе при температуре поглощения приведены в табл. 2.1.

Определить требуемое число единиц переноса п_0y: 1) графиче­ским построением; 2) методом графического интегрирования.

Таблица 2.1

Х,	Y*,	Х,	Y*,
0	0	0,015	0,0183
0,005	0,0045	0,02	0,0273
0,01	0,0102	0,023	0,0327
0,0125	0,0138

Решение. 1) По данным табл. 2.1 на рис. 2.4 построена равновесная линия АВ. На этом же графике нанесена рабочая линия СD. Она проходит через точку С с координатами Х_В = 0, Y_В = 0,03(1 - 0,9) = 0,003 (верх скруббера) и точку D с ко­ординатами Х_Н = 0,02, Y_H = 0,03 (низ скруббера)

Число единиц переноса п_0у находим следующим путем. Отрезки ординат между рабочей и равновесной линиями разделены пополам; через середины их проведена вспомогательная пунктир­ная линия. Затем, начиная от точки С, построение выполнено таким образом, что для каждой ступени ab = bc. Каждая из полученных ступеней представляет собой единицу переноса, т.е. каж­дой ступени соответствует такой участок аппарата, на котором изменение рабочей концентрации (Y₁ –Y₂) равно средней движущей силе на этом участке (Y – Y^*)_СР.

Всего получено 5,82 ступени (последняя неполная ступень равна отношению отрезков Dd/ef = 0,82):

n_0y = 5,82.

Как следует из графика, на нижнем участке кривой равнове­сия, где ее наклон меньше наклона рабочей линии, единица пере­носа меньше ступени изменения концентрации; на верхнем уча­стке равновесной линии, где ее наклон больше наклона рабочей линии, наблюдается обратная картина.

2) Для определения числа единиц переноса методом графи­ческого интегрирования по данным табл. 2.1 и рис. 2.4 со­ставляем табл. 2.2.

По данным таблицы 2.2 строим график 1/(Y - Y*) = f (Y) — рис. 2.4. Подсчитываем на этом графике отмеченную площадь (например, методом трапеций). Величина этой площади (5,83) даёт значение интеграла , т.е. число единиц переноса n_0Y.

Таблица 2.2

Х	Y	Y*	Y-Y*	1/(Y - Y*)
0	0,003	0	0,003	333
0,005	0,0097	0,0045	0,0052	193
0,010	0,0165	0,0102	0,0063	159
0,0125	0,0200	0,0138	0,0062	161
0,015	0,0234	0,0183	0,0051	196
0,020	0,0300	0,0273	0,0027	371

4. B скруббере с насадкой из керамических колец 50×50×5мм (навалом) производится поглощение диоксида уг­лерода водой из газа под давлением р_АБС = 1,57 МПа при температуре 22 °С. Средняя мольная масса 20,3 кг/кмоль, динамический коэффициент вязкости газа при рабочих условиях 1,31·10^-5 Па с, коэффициент диффузии СО₂ в инертной части газа 1,7·10^-6 м²/с Средняя фиктивная скорость газа в скруббере 0,041 м/с, плотность орошения (фиктивная скорость жидкости) 0,064 м³/(м²·с). Определить общую высоту единицы переноса h_oy , принимая коэффициент смоченности насадки ψ равным единице.

Решение. Общую высоту единицы переноса вычисляем по формуле:

.

Находим h_y – высоту единицы переноса для газовой фазы:

Характеристики насадки V_СВ = 0,785 м³/м³ и σ = 87,5 м²/м³ (прил.5.). Таким образом,

;

.

Здесь

;

Высота единицы переноса для газовой фазы:

h_y = 0,615·0,0359·1920^0,345·0,575^0,67 = 0,205 м.

Находим h_x — высоту единицы переноса для жидкой фазы по формуле, полученной из уравнения (2.21):

.

Значения физико-химических свойств для воды при 22 °С:

ρ_Ж = 1000 кг/м³; μ_Ж = 0,958·10^-3 Па·с (прил. 6.); D_Ж = 1,87·10^-9 м²/с (прил. 3.).

Приведенная толщина жидкой пленки:

По условию плотность орошения:

,

где L_m – массовый расход жидкости, кг/с.

Массовая плотность орошения:

.

;

Высота единицы переноса для жидкой фазы:

Находим отношение мольных расходов газа и жидкости G/L.

Из уравнения расхода для газа получаем:

Для жидкости:

Отсюда

G/L = 0,0271/3,56 = 0,00761.

Коэффициент распределения т в уравнении (1.19):

.

Здесь коэффициент Генри Е = 1,144·10⁶ мм рт. ст. (при 22 °С) получен интерполяцией данных прил. 2.

Общая высота единицы переноса:

5. Определить теоретически минимальный расход жидкого поглотителя с мольной массой 224 кг/кмоль, необходимый для полного извлечения пропана и бутана из 1000 м³/ч (считая при нормальных условиях) газовой смеси. Содержание пропана в газе 15 % (об.), бутана 10 % (об.). Температура в абсорбере 30 °С, абсолютное давление 0,3 МПа. Растворимости бутана и пропана в поглотителе характеризуются законом Рауля.

Решение. Максимальная концентрация (мольная доля) пропана в поглотителе, вытекающем из скруббера (равновесная с входящим газом), определяется по уравнению (1.9):

где Р_П = 981 кПа – давление насыщенного пара пропана при 30 °С.

Количество содержащегося в газовой смеси пропана, которое требуется поглощать:

кмоль/ч.

Минимальный расход поглотителя для поглощения пропана определяется из уравнения:

откуда

кмоль/ч,

или 142·224 = 31800 кг/ч.

Наибольшая возможная концентрация бутана в поглотителе, вытекающем внизу из скруббера:

где Р_Б = 265 кПа – давление насыщенного пара бутана при 30 °С.

Количество поглощаемого бутана:

кмоль/ч.

Минимальный расход поглотителя для поглощения бутана:

кмоль/ч.

Минимальный расход поглотителя для полного поглощения бутана значительно меньше, чем для поглощения пропана, следовательно, найденным выше количеством поглотителя (142 кмоль/ч) бутан будет полностью уловлен.

Контрольные задачи.

1. Найти среднюю движущую силу процесса , число единиц переноса массы и отношение массовых потоков жидкой и газовой фаз для случая прямоточной абсорбции компонента из газовой фазы (рис.1.). мас., масс, мас., мас. Уравнение связи равновесных концентраций .

Ответ:

2. Концентрация распределяемого компонента в газовой фазе мас., мас. концентрации распределяемого компонента в жидкой фазе мас. Уравнение связи равновесных концентраций . Определить для противоточной абсорбции компонента из газовой фазы (рис. 2.).

Ответ:

3. Определить количество воды (в м³ /ч) необходимое для орошения скруббера при поглощении 2000 кг/ч SO₂ из воздуха, если известно, что воды подается на 65% больше минимально возможного количества. Концентрация SO₂ во входящем воздухе 18 масс. %. Уравнение равновесной линии при поглощении SO₂ водой в данных условиях: y* = 26,7Х, где у* – объемная доля SO₂ в газе, X — концентрация SO₂ в растворе в киломолях на 1 кмоль воды.

Ответ: 273 м³/ч.

4. В насадочном абсорбере производится поглощение пара метилового спирта водой из газа под атмосферным давлением при средней температуре 27 °С. Содержание метилового спирта в газе, поступающем в абсорбер, 100 г на 1 м³ инертного газа (считая объем газа при рабочих условиях). На выходе из скруббера вода имеет концентрацию 67 % от максимально возможной, т.е. от равновесной с входящим газом. Уравнение растворимости метилового спирта в воде в данных условиях: Y* = 1,15 Х,

где Y* – число киломолей спирта на 1 кмоль инертного газа;

X – число киломолей спирта на 1 кмоль чистой воды.

Извлекается водой 98% от исходного количества спирта. Коэффициент массопередачи:

Расход инертного газа 1200 м³/ч (при рабочих условиях). Абсорбер заполнен насадкой из керамических колец с удельной поверхностью 190 м²/м³. Коэффициент смачивания насадки ψ = 0,87. Скорость газа в скруббере ω = 0,4 м/сек. Определить расход воды и требуемую высоту слоя насадки.

Ответ: L = 1475 кг/ч, Н_Н = 7,2 м.

5. Воздух с примесью аммиака пропускается через орошаемый водой скруббер, заполненный насадкой из колец с удельной поверхностью 89,5 м²/м³. Свободный объем насадки 0,79 м³/м³. Температура абсорбции 28 °С, абсолютное давление 0,1 МПа. Среднее содержание аммиака в газовой смеси 5,8 объемн. %. Массовая скорость газа, отнесенная к полному сечению скруббера, 1,1 кг/(м²∙с). Определить коэффициент массоотдачи для газа, считая, что скруббер работает при пленочном режиме.

Ответ: 0,038 м/с.

6. Определить среднюю движущую силу процесса абсорбции и общее число единиц переноса n_0y при поглощении из газа паров бензола маслом. Начальная концентрация бензола в газе 4 объемн. %; улавливается 80% бензола. Концентрация бензола в масле, вытекающем из скруббера, 0,02 кмоль бензола/кмоль чистого масла. Масло, поступающее в скруббер, бензола не содержит. Уравнение равновесной линии: Y* = 0,126 Х

где

Движущую силу процесса абсорбции выразить в единицах разности концентраций кмоль бензола/кмоль инертного газа.

Ответ: ΔY_СР = 0,02 кмоль бензола/кмоль инертного газа, n_0y = 1,6.

7. Рассчитать коэффициент массоотдачи для газа в скруббере при поглощении пара бензола из коксового газа по следующим данным: насадка хордовая из реек 12,5×100 мм с расстоянием между рейками b = 25 мм (для такой насадки d_Э =2b = 0,05м); скорость газа, считая на полное сечение скруббера, 0,95 м/сек; плотность газа 0,5 кг/м³; вязкость газа 0,013 мПа·с; коэффициент диффузии бензола в газе 16∙10^-6 м²/сек; молекулярная масса газа 11,5; среднее давление (абсолютное) в скруббере 0,11 МПа. Режим считать пленочным.

Ответ: 0,0285 м/с.

8. Смесь воздуха с паром четырёххлористого углерода, сжатая до абсолютного давления 10 ат, охлаждается в трубчатом водяном холодильнике. При 40° начинается конденсация четырёххлористого углерода. Определить массовый процент его в воздухе в начальной смеси и степень выделения из газовой смеси после охлаждения ее до 27° С.

Ответ: 13,8 % (масс.), 42,5 %.

9. Найти предельную концентрацию аммиачной воды, которая может быть получена при пропускании газа, содержащего 3 объемн. % NH₃, через насадку, орошаемую водой. Давление в скруббере р_АБС = 0,2 МПа. Растворимость аммиака в воде в данных условиях характеризуется законом Генри: р = 2000х мм рт. ст., где х – мольная доля NH₃ в растворе. Определить среднюю движущую силу процесса абсорбции в кмоль аммиака/кмоль инертного газа и требуемое число ступеней изменения концентрации, если мольная доля аммиака в жидкости, выходящей внизу из абсорбера, составляет 0,8 от равновесной, а степень извлечения аммиака из газа равняется 90%.

Ответ: 2,205 мол.% (2,09 масс.%), Δy_СР = 0,0045 кмоль аммиака/кмоль инертного газа, n_СТ = 6,5.

10. В скруббер диаметром 0,5 м подается 550м³/ч воздуха (при нормальных условиях), содержащего 2,8 объемн. % аммиака, который поглощается водой под атмосферным давлением. Степень извлечения аммиака 0,95. Расход воды на 40% больше теоретически минимального. Определить 1) расход воды, 2) общее число единиц переноса n_0y, 3) высоту слоя насадки из керамических колец 50×50×5мм. Коэффициент массопередачи: .

Коэффициент смоченности насадки ψ = 0,9. Данные о равновесных концентрациях жидкости и газа в таблице 2.3.

Таблица 2.3.

Х,	Y* ,
0	0
0,005	0,0045
0,01	0,0102
0,0125	0,0138
0,015	0,0183
0,02	0,0273
0,023	0,0327

Ответ: L = 760 кг/ч, Н_Н = 1,93 м, n_0y = 4,68.

11. Определить расход cepной кислоты для осушки воздуха при следующих данных, производительность скруббера 500 м³/ч (считая на сухой воздух при нормальных условиях). Начальное содержание влаги в воздухе 0,016 кг/кг сухого воздуха, конечное содержание 0,006 кг/кг сухого воздуха. Начальное содер­жание воды в кислоте 0,6 кг/кг моногидрата, конечное содержа­ние 1,4 кг/кг моногидрата. Осушка воздуха производится при атмосферном давлении.

Ответ: L = 8,1 кг/ч

12. Рассчитать коэффициент массоотдачи от жидкой фазы в насадочном абсорбере, в котором производится поглощение ди­оксида углерода водой при температуре 20 °С. Плотность ороше­ния 60 м³/(м²·ч). Насадка — керамические кольца 35×35×4 мм навалом. Коэффициент смоченности насадки ψ = 0,86.

Ответ: 2,16·10^-6 м/с

13. В скруббере поглощается водой диоксид серы из инертного газа (азота) под атмосферным давлением (760 мм рт. ст.). Начальное содержание диоксида серы в газе 5 % (об.). Температура воды 20 °С, ее расход на 20 % больше теоретически минимального. Извлекается из газа 90% SO₂. Определить: 1) расход воды на поглощение 1000 кг/ч сернистого газа; 2) среднюю движущую силу процесса; 3) общее число единиц переноса п_оу. Линия равновесия может быть принята за прямую; координаты двух ее то­ чек: 1) парциальное давление SO₂ в газовой фазе р = 39 мм рт. ст., ; 2) р = 26 мм рт. ст., .

Ответ: L = 175000кг/ч; n_0y =6,02; Δp_СР = 5,67 мм рт. ст.

14. Определить диаметр и высоту тарельчатого абсорбера для поглощения водой аммиака из воздушно-аммиачной смеси при атмосферном давлении и температуре 20 °С. Начальное содержание аммиака в газовой смеси 7 % (об.). Степень извлечения 90 %. Расход инертного газа (воздуха) 10000 м³/ч (при рабочих условиях). Линию равновесия считать прямой, ее уравнение в относительных массовых концентрациях: . Скорость газа в абсорбере (фиктивная) 0,8 м/с. Расстояние между тарелками 0,6 м. Средний к. п. д. тарелок 0,62. Коэффициент избытка поглотителя φ = 1,3.

Ответ: D = 2,15 м, Н_Т = 5,4 м.

15. По условиям предыдущей задачи определить: 1) высоту насадочного абсорбера с насадкой из керамических колец 50×50×5мм, приняв h_Э – высоту слоя насадки, эквивалентную теоретической тарелке (ВЭТТ), равной 0,85 м; 2) величину коэффициента массопередачи в этом насадочном абсорбере К_y , считая коэффициент смоченности насадки ψ равным 0,9.

Ответ: Н_Н = 5,1 м, .

16. По данным контрольных задач 14 и 15 определить высоту слоя насадки через общее число единиц переноса n_0y и высоту единицы переноса (ВЕП) h_oy.

Ответ: 5,1 м

17. Абсорбер для улавливания паров бензола из парогазовой смеси орошается поглотительным маслом с мольной массой 260 кг/кмоль. Среднее давление в абсорбере р_АБС = 800 мм рт, ст., температура 40 °С. Расход парогазовой смеси 3600 м³/ч (при рабочих условиях). Концентрация бензола в газовой смеси на входе в абсорбер 2 % (об.) извлекается 95 % бензола. Содержание бензола в поглотительном масле, поступающем в абсорбер после регенерации, 0,2 % (мол.). Расход поглотительного масла в 1,5 раза больше теоретически минимального. Для расчета равновесных составов принять, что растворимость бензола в масле определяется законом Рауля. При концентрациях бензола в жидкости до Х = 0,1 кмоль бензола/кмоль масла равновесную зависимое Y* = f(Х) считать прямолинейной.

Определить: 1) расход поглотительного масла в кг/ч; 2) концентрацию бензола в поглотительном масле, выходящем из абсорбера; 3) диаметр и высоту насадочного абсорбера при скорости газа в нем (фиктивной) 0,5 м/с и высоте единицы переноса (ВЕП h_0y = 0,9 м; 4) высоту тарельчатого абсорбера при среднем к.п.д. тарелок 0,67 и расстоянии между тарелками 0,4 м.

Ответ: L = 12,3 т/ч, Х_Н = 0,0611 кмоль бензола/кмоль масла, D = 1,59 м, Н_Н = 7,02 м, Н_Т = 4 м.

18. В насадочном абсорбере диаметром 1 м диоксид серы поглощается водой из воздуха. Начальное содержание SO₂ в поступающей смеси 7 % (об.). Степень поглощения 0,9. На выходе из абсорбера вода содержит 0,0072 кг SO₂/кг воды. Коэффициент массопередачи в абсорбере . Насадка из керамических колец 50×50×5 мм. Коэффициент смоченности насадки ψ = 1. Высота единицы переноса h_0y = 1,17 м. Определить расход воды в абсорбере.

Ответ: 30 м³/ч.

19. В абсорбере под атмосферным давлением при температуре 20 °С поглощается из парогазовой смеси 300 кг бензола в 1 час. Начальное содержание пара бензола в парогазовой смеси 4 % (об.). Степень извлечения бензола 0,85. Жидкий поглотитель, поступающий в абсорбер после регенерации, содержит 0,0015 кмоль бензола/кмоль поглотителя. Фиктивная скорость газа в абсорбере 0,9 м/с. Уравнение линии равновесия:

Y* = 0,2Х, где Y* и Х выражены соответственно в кмоль бензола/кмоль инертного газа и кмоль бензола/кмоль поглотителя. Коэффициент избытка поглотителя φ = 1,4. Определить диаметр абсорбера и концентрацию бензола в поглотителе, выходящем из абсорбера.

Ответ: Х_Н = 0,149 кмоль бензола/кмоль поглотителя, D = 1,03 м