1.Примерные расчеты

1.1. Порядок расчета насадочного абсорбера Введение

Абсорбцией называют процесс поглощения газов или паров из газовых или парогазовых смесей жидкими поглотителями (абсорбентами). В промышленности процессы абсорбции применяются главным образом для извлечения ценных компонентов из газовых и парогазовых смесей или для очистки их от вредных веществ. Аппараты, в которых осуществляют эти процессы, называют абсорберами. Как и другие процессы массопередачи, абсорбция протекает на поверхности раздела фаз. Поэтому абсорбенты должны иметь развитую поверхность соприкосновения с газом. По способу образования этой поверхности абсорберы разделяются на следующие группы:

• насадочные;

• барботажные (тарельчатые);

• поверхностные и пленочные;

• распыливающие.

Первый тип наиболее распространен. Теория процесса абсорбции, общее устройство и принцип работы абсорберов достаточно полно изложены в [1–4].

В задании на проектирование абсорбера обычно задается:

1. производительность по газу (при нормальных или рабочих условиях);

2. концентрация извлекаемого компонента в газе и степень извлечения;

3. начальное содержание извлекаемого компонента в поглотителе;

4. коэффициент избытка поглотителя;

5. давление и температура в абсорбере.

Остальные необходимые для расчета данные студент самостоятельно выбирает из справочной литературы [2, 3].

Расчет насадочного абсорбера состоит из следующих последовательных этапов [2]:

• определение массы поглощаемого вещества и расхода поглотителя;

• расчет движущей силы;

• расчет скорости газа и диаметра абсорбера;

• расчет коэффициента массопередачи;

• определение поверхности массопередачи и высоты абсорбера;

• расчет гидравлического сопротивления абсорбера;

• механические расчеты основных узлов и деталей (расчет толщины обечайки и днища, фланцевых соединений и крышек, опор аппа­рата).

Условные обозначения в приведенных ниже формулах представлены в приложении.

1.2. Определение массы поглощаемого вещества и расчет поглотителя

Массу переходящего из газовой смеси в жидкий поглотитель вещества находят из уравнения материального баланса:

,

(1)

где , – начальная и конечная концентрации поглощаемого компонента в газе, ; , – начальная и конечная концентрации поглощаемого компонента в жидкости, .

Расчеты абсорбционных процессов удобнее всего проводить, если концентрации поглощаемого вещества в газе и жидкости имеют размерность [2].

Поэтому, если в задании на проектирование эти величины имеют другую размерность, необходимо их пересчитать. Методика пересчета приведена в [3].

Поскольку в задании всегда указывается расход газа, концентрация извлекаемого компонента в газе и степень извлечения (см. выше), то на первой стадии определяется масса поглощаемого вещества, :

,

(2)

Начальное содержание извлекаемого компонента в поглотителе также задано. Конечное содержание извлекаемого компонента всегда немного больше минимального (коэффициент избытка задан) и определяется с использованием данных по равновесию (см. рис. 1 и 2). Тогда из уравнения материального баланса определяется расход поглотителя, :

,

(3)

Рис. 1. Зависимость между содержанием поглощаемого вещества в газе и поглотителе :

1 – рабочая линия, 2 – равновесная линия

Соотношение расходов фаз или удельный расход поглотителя, :

,

(4)