3. Барботражный абсорбер
3.1. Концептуальная модель
Рис. 3.1. Принципиальная схема аппарата (абсорбера)
Газ,
содержащий поглощаемый компонент,
подаётся в барбатражный абсорбер с
и с концентрацией поглощаемого компонента
.
Для извлечения компонента из газовой
фазы в аппарат подается абсорбент
(жидкость) с расходом
.
В абсорбенте может присутствовать
некоторое незначительное количество
поглощаемого компонента. Его концентрация
.
Абсорбент насытившись поглощаемым
компонентом с помощью насоса подается
на стадию регенерации с расходом
,
концентрацией поглощаемого компонента
и температурой
,
а очищенный газ с расходом
и остаточной концентрацией компанента
подается на следующую стадию переработки
газов. При растворении поглощаемого
компонента в жидкости выделяется тепло
ΔH, в результате этого
жидкая фаза нагревается. При увеличении
температуры жидкой фазы растворимость
газообразного коэффициента уменьшается,
по этому для снятия выделившего тепла
в рубашку подается хладагент.
Назначение: Проведение процесса абсорбции.
Цель функционирования: Получение газовой фазы с заданной концентрацией поглощаемого компонента.
3.2. Математическая модель
Допущения:
1) Структура потоков в обеих фазах описывается моделью идеального перемешивания;
2) потерями тепла и вещества в окружающую среду пренебрегаем;
3) Теплофизические свойства всех потоков и реакционной смеси постоянны;
4) V жидкой фазы постоянен;
5) расход жидкой фазы на входе и выходе одинаковый;
6)
если степень извлечения поглощаемого
компонента из газовой фазы велика, то
7) все тепло выделившееся при растворении компонента остается в жидкой фазе. Температура газа не изменяется.
Классификация переменных
Переменные
состояния объекта:
Входные
переменные объекта:
Уравнения модели динамики.
Выражение для скорости процесса абсорбции:
где
-
текущая и равновесная концентрации
-
коэффициент массопередачи
-
удельная поверхность контактных фаз
-
объем аппарата
-
объем жидкой фазы
-
объем газовой фазы.
Уравнение материального баланса по поглощаемому компоненту для газовой фазы:
Уравнение материального баланса по поглощаемому компоненту для жидкой фазы:
Уравнение теплового баланса для жидкой фазы:
Уравнение теплового баланса для хладагента:
Уравнения модели динамики:
Начальные условия:
.
Равновесная концентрация поглощаемого компонента (закон Генри):
Канал
.
Вычитаем уравнение статики:
(*)
где
Преобразуем по Лапласу:
Выразим
из первого уравнения
и подставим во второе:
Канал
.
Если в задании указано, что нужно
пренебречь инерционность изменения
концентрации в газовой фазе (
).
Тогда уравнение (*) запишется:
Вычитаем уравнение статики:
где
Преобразуем по Лапласу:
Выразим из первого уравнения и подставим во второе:
Канал
.
Примем:
Вычитаем уравнение статики:
где
Преобразуем по Лапласу:
Выразим
из первого уравнения
и подставим во второе:
