44

4 Расчёт абсорбера

4.1 Определение условий равновесия процесса

Определяем равновесные концентрации сероводорода в воде. Если поглощается труднорастворимый газ, то расчет равновесных концентраций ведут по закону Генри:

, (4.1)

где  – давление в абсорбере, Па;

E – константа растворимости, Па;

x^* – равновесная концентрация H₂S в воде, ;

у – концентрация H₂S в воздухе, .

E = 0,339410⁶ мм рт. ст. = 49,10810⁶ Па при температуре абсорбции 17 С.

, (4.2)

Начальная мольная концнтрация H₂S рассчитывается по формуле

, (4.3)

где ун – содержание H₂S в смеси в массовых долях

.

Начальная мольная доля H₂S рассчитывается по формуле

, (4.4)

Пересчет в массовую концнтрацию производится по формуле

, (4.5)

где М – молекулярные массы H₂S и N2, 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.

Для упрощения расчетов материального баланса необходимо сделать пересчет абсолютных концентраций в относительные. Связь между относительной концентрацией и абсолютной выражается следующей формулой :

, (4.6)

, (4.7)

где у – абсолютная концентрация H₂S в газовой фазе, ;

Y – относительная концентрация H₂S в газовой фазе, ;

x – абсолютная концентрация H₂S в жидкой фазе, ;

X – относительная концентрация H₂S в жидкой фазе, ;

х=

4.2 Расчёт 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=290К, Р=0,2510⁶ Па).

, (4.8)

где V_см0 – расход при нормальных условиях, .

.

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

, (4.9)

где V_см0 – объемный расход газовой смеси, ;

G_см – молярный расход газовой смеси, .

Молярный расход инертного газа определяется по уравнению :

, (4.10)

где у_н – исходная концентрация H₂S в газовой смеси, ;

G – молярный расход инертного газа, .

Из условия задания у_н=0,428

.

Концентрацию H₂S на выходе из абсорбера y_к, :

, (4.11)

где  – степень извлечения, =0,92 (из задания).

.

Величины y_к, y_н пересчитаем в относительные по формуле (3.6).

Y_к= , Y_н=0.428 .

Для определения молярного расхода H₂S M, который поглощается, служит следующее уравнение:

. (4.13)

.

4.2.2 Определение расхода поглотителя h2s из газовой смеси

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

, (4.14)

где X*_к‑ равновесная относительная концентрация H₂S в воде на выходе из аппарата, ; Х_н ‑ исходная относительная концентрация H₂S в воде, .

Равновесную относительную концентрацию H₂S в воде на выходе из аппарата определим по линии равновесия, изображенной рисунке 4.1. Для противоточных абсорберов X*_к=f(Y_н). По графику максимально возможная концентрация H₂S в воде при условиях абсорбции составляет X*_к=4,431110 .

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:

, (4.15)

где  ‑ коэффициент избытка поглотителя, принимаем равным 1,3. С увеличением расхода поглотителя (т. е. с увеличением коэффициента избытка поглотителя) снижаются допустимые скорости газа в аппарате, по которым находят его диаметр. Поэтому следует выбирать такое соотношение между размерами абсорбционного аппарата и расходом поглотителя, при котором размеры аппарата будут оптимальными.