распределяемого компонента, выраженное в виде относительных весовых составов, в фазе G обозначим через Y, а в фазе L - через X.
Рис.3.19. Схема противоточного массообменного аппарата
При противотоке уравнения материального баланса для любого сече-
ния колонны будут иметь вид: |
|
dG = dL ; d(Gy ) = d(Lx ) . |
(3.8) |
После интегрирования этих уравнений для любого сечения колонны получим:
Gн yн − Lк xк = Gк yк − Lн xн = Gy − Lx .
Если Gн |
≈ Gк и Lн ≈ Lк , то |
|
||||
y = yн + |
L |
(x − xк ) = yк + |
L |
(x − xн ) . |
(3.9) |
|
G |
G |
|||||
|
|
|
|
|||
Эта зависимость является уравнением рабочей линии процесса массопередачи в противоточной колонне.
Как видно из уравнения (3.9), при L/G = const рабочая линия в координатах х - у - прямая с тангенсом угла наклона к оси абсцисс, равным L/G.
На рис. 3.20 в координатах у – х показана рабочая линия АВ, а также линия равновесия ОС выражающая зависимость между равновесными концентрациями фаз. При абсорбции концентрация в газе выше равновесной и рабочая линия располагается выше линии равновесия.
47
Рис. 3.20. Взаимное расположение рабочей линии и линии равновесия
Связь между составами материальных потоков и отношением их расходов при Gн ≈ Gк и Lн ≈ Lк можно представить зависимостью
l = |
L |
= |
yн − yк |
. |
(3.10) |
G |
|
||||
|
|
x − x |
|
||
|
|
|
к н |
|
|
Величина l, определяемая из уравнения (3.10), является удельным расходом поглотителя (кг/кг инертного газа).
При полном извлечении компонента из газа его содержание в газовой фазе не выходе из абсорбера было бы равно 0 (нулю), а количество поглощенного компонента составило бы G.у1. Отношение количества фактически поглощенного компонента G(у1 - у2) к количеству, поглощаемому при полном извлечении, называется степенью извлечения:
ε = |
G( у1 − у2 ) |
= |
у1 − у2 |
=1− |
у2 |
. |
(3.11) |
|
|
|
|||||
|
G. у |
у |
у |
|
|||
1 |
|
1 |
|
1 |
|
|
|
Энергетический баланс для противотока: |
|
||||||
|
Gнiн − Lк jк +Q′ = Gi − Lj = Gкiк − Lн jн −Q′′, |
(3.12) |
|||||
где iн и jн - соответственно энтальпии потоков Gн и Lн; |
Q' - количество теп- |
||||||
лоты, вводимой в колонну на участке от места входа потока Gн до рассмат- |
|||||||
риваемого сечения колонны; |
|
Q" - количество теплоты, подводимой на |
|||||
участке от рассматриваемого сечения колонны до выхода потока. |
|||||||
Если процесс проводится в адиабатических условиях, т. е. Q = 0, то |
|||||||
|
Gнiн + Lн jн |
= Gi + Lj . |
|
|
(3.13) |
||
Чтобы построить рабочую линию, надо знать составы фаз на входе в абсорбер (у1, х2) и на выходе из него (у2, х1). По этим составам строят точки А и В, а расход поглотителя определяют по уравнению (3.10).
48