4. Расчет насадочного абсорбера

4.1 Определение условий равновесия процесса

Определяем равновесные концентрации диоксида углерода в воде. Если поглощается трудно растворимый газ, то расчет равновесных концентраций ведут по закону Генри [1]:

, (4.1)

где П – давление в абсорбере равное 1,6 МПа (из задания);

E – константа растворимости, Па;

x^* – мольная равновесная доля СО₂ в воде, ;

у – концентрация СО₂ в воздухе, .

E = 1,2410⁶ мм рт. ст. = 1,6510⁸ Па, при температуре абсорбции 26 С (из задания) [4].

. (4.2)

Начальная относительная мольная доля СО₂ рассчитывается по формуле:

, (4.3)

Пересчет в массовую концентрацию производится по формуле:

, (4.4)

где М – молекулярные массы СО₂ и воздуха, кг/кмоль.

,

Величины равновесных концентраций в жидкости достаточно рассчитать для диапазона значений концентраций в газовой фазе от нуля до величины, которая в 1,2–1,5 раз превышает начальную концентрацию абсорбтива [3].

Для упрощения расчетов материального баланса необходимо сделать пересчет абсолютных концентраций в относительные. Связь между относительной концентрацией и абсолютной выражается следующей формулой [1, стр. 385]:

, (4.5)

, (4.6)

где у ‑ абсолютная концентрация СО₂ в газовой фазе, ;

Y – относительная концентрация СО₂ в газовой фазе, ;

x – абсолютная концентрация СО₂ в жидкой фазе, ;

X – относительная концентрация СО₂ в жидкой фазе, .

х=

2. Расчет материального баланса

4.2.1 Определение молярного расхода компонентов газовой смеси.

Пересчитаем объемный расход при нормальных условиях (T₀=273K, P₀=1,01310⁵ Па) в объемный расход при условиях абсорбции (Т=299К, Р=1,610⁶ Па):

, (4.7)

где V_см0 – расход при нормальных условиях, .

.

Для удобства дальнейших расчетов переведем объемный расход газовой смеси в молярный:

, (4.8)

где V_см0 – объемный расход газовой смеси, ;

G_см – молярный расход газовой смеси, .

Молярный расход инертного газа определяется по уравнению [4]:

, (4.9)

где у_н – исходная концентрация в газовой смеси, ;

G – молярный расход инертного газа, .

Из условия задания: у_н=0,0291

.

Концентрацию СО₂ на выходе из абсорбера y_к, :

, (4.10)

где  – степень извлечения, =0,87 (из задания).

.

Величины y_к, y_н пересчитаем в относительные по формуле (4.5):

Y_к= ,

Y_н=0,03 .

Для определения молярного расхода M, который поглощается, служит следующее уравнение [4]:

, (4.11)

.

2. Определение расхода поглотителя со2 из газовой смеси.

Для определения минимального молярного расхода чистого поглотителя L_мин служит следующее уравнение:

, (4.12)

где X*_к – равновесная относительная концентрация СО₂ в воде на выходе из аппарата, ;

Х_н – исходная относительная концентрация СО₂ в воде, .

Равновесную относительную концентрацию СО₂ в воде на выходе из аппарата определим по линии равновесия (рис. 4.1). Для противоточных абсорберов X*_к=f(Y_н). По графику максимально возможная концентрация СО₂ в воде при условиях абсорбции составляет:

X*_к=2,91110^-4

Т.к. в реальном процессе абсорбции используется не минимальный расход поглотителя, а несколько больший (для ускорения процесса), то необходимо пересчитать минимальный расход поглотителя на рабочий расход L с учетом коэффициента избытка поглотителя [4, стр. 390]:

, (4.13)

где  – коэффициент избытка поглотителя, равный 1,5 (из условия задания)