4. Расчёт насадочного абсорбера

4.1. Построение равновесной и рабочей линий

Расчёт содержания диоксида серы в исходном газе, поступающем в абсорбер, в относительных мольных концентрациях, Y_Н, кмоль SO₂/кмоль _Г.С. рассчитаем по формуле [1]:

(1)

где: y_Н - относительная мольная концентрация абсорбтива в поступающей газовой смеси, SO₂/кмоль г.с. SO₂/кмоль г.с.

Свежий абсорбент не содержит диоксида серы, т.е. , поэтому содержание диоксида серы в воздухе, покидающем абсорбер, и рассчитывается из соотношения [2]:

; (2)

где: φ-степень извлечения диоксида серы из газовой фазы, %, φ=90%;

(3)

где: Y_Н - относительная мольная концентрация абсорбтива в приходящей газовой смеси, кмоль SO₂/кмоль воздуха;

0,0695=0,00695 .

В процессе абсорбции температура абсорбента повышается вследствие выделения теплоты абсорбции. Примем среднюю температуру абсорбента равной 20 ºС. Последующим составлением теплового баланса эта температура будет уточнена. В соответствии с уравнением (4) равновесная зависимость в мольных концентрациях имеет вид [2]:

(4)

где: y^*- мольная доля диоксида серы в газовой фазе, равновесной с жидкостью.

- мольная доля растворенного газа в растворе, кмоль SO₂/кмоль H₂O;

E - константа Генри, кПа; для диоксида серы при 20°С, E =3666 кПа [2];

P - общее давление в системе, кПа; P=102,4 кПа;

m - коэффициента распределения;

.

Следовательно, коэффициент равновесия распределения диоксида серы (константа фазового равновесия) равен 35,8.

Уравнение равновесия в относительных мольных концентрациях в соответствии с уравнением (5) имеет вид [2]:

(5)

.

Относительная мольная концентрация диоксида серы в воде, которая может быть получена при условии достижения состояния равновесия между газовой смесью, поступающей в абсорбер, и жидкостью, покидающей аппарат, в соответствии с уравнением (6) составляет [2]:

; (6)

.

В соответствии с заданием конечная концентрация диоксида серы в насыщенном абсорбенте составляет [2]:

(7)

.

Построение рабочей и равновесной линии

т. А(Xк;Yн), т.Б(Xн;Yк)

т.А(0,0012;0,0695) т. Б(0;0,00695)

Равновесные данные представлены в Таблице 1.

Равновесные данные Таблица 1.

X	0	0,0005	0,001	0,001
Y	0	0,0182	0,0371	0,0036

По полученным данным построим рабочую линию и линию равновесия АБ на диораме Y - X , и определим X^*(Y_н). Приложение 1.

X^*(Y_н) = 0,0018

4.2. Составление материального баланса и определение расхода абсорбента

Объемный расход инертной газовой фазы (число воздуха, не содержащего диоксида серы) при нормальных условиях составляет [2]:

(8)

_{где: - производительность, м3/час; =2200 м3/час;}

Мольный расход инертной газовой фазы G равен [2]:

; (9)

Мольный расход диоксида серы М, поглощаемый водой в абсорбере, составляет [2]:

(10)

0,0096(0,0695-0,00695)=0,0006 .

Расход абсорбента в соответствии с уравнением (11) и с учетом того, что :

; (11)

- мольный расход воды, кмоль H₂O/с

.

Массовый расход абсорбента равен [2]:

(12)

где: - молярная масса воды кг/кмоль, =18 кг/кмоль [1];

.

Объемные расходы газовой смеси при рабочих условиях на входе в абсорбер[2]:

; (13)

где: - атмосферное давление, =101,3 кПа [1];

Р- рабочее давление, Р=102,4 кПа [1];

Т₀ -начальная температура Т₀=273 К [1];

- температура поступающего газа =20°С;

;

; (14)

М олярные массы газа в верхнем сечениях аппарата рассчитываются по правилу аддитивности [2]:

(15)

М_В- молярная масса воздуха, М_В=29 кг/кмоль [1];

- молярная масса диоксида серы =64,054 кг/кмоль [1];

- мольная доля i-ого компонента в поступающем в абсорбер газе;

- мольная доля воздуха в газовой смеси, поступающей в абсорбер, =1-0,065=0,935 (т.к. состав инертной части газа воздух - 100%, а содержание абсорбтива в поступающей газовой смеси =0,065 %);

- мольная доля диоксида серы в газовой смеси, поступающей в абсорбер =0,065;

(16)

где: - мольная доля i-ого компонента в выходящем из абсорбера газе;

64,054 0,0065 +29 =29,2279 .

Плотность поступающего в абсорбер газа ,кг/м³[2]:

(17)

где: V_М - молярный объем газа, л; V_М =22,4 л [1];

,

Плотность выходящего из абсорбера газа ,кг/м³[2]:

(18)

.

Средняя плотность газовой смеси в абсорбере[2]:

(19)

кг/м^3.

Средний массовый расход газовой смеси в абсорбере[2]:

.

Массовый расход насыщенного абсорбента[2]:

(20)

где: -массовый расход абсорбента, поступающего в абсорбер, кг Н₂О/с

М- мольный расход диоксида серы кмоль SO2/с;

9

С редний расход абсорбента , кгН₂О/с, находится по формуле[2]:

, (21)

.

Средний объемный расход газовой смеси [2]:

(22)

Плотность воды при 20 °С составляет [1].

Объемный расход воды [2]:

(23)