1. Загальна частина

Абсорбція – процес поглинання газу або пари (абсорбтиву) рідкими поглиначами (абсорбентами). Зворотній процес виділення газу із одержаного розчину називається десорбцією.

При фізичній абсорбції абсорбтив хімічно не взаємодіє з абсорбентом. Якщо в процесі абсорбції утворюються хімічні сполуки, то маємо хемосорбцію.

Об'єднання в одній технологічній схемі процесів абсорбції і десорбції дозволяє виділяти газові або парові компоненти у чистому вигляді.

У даному випадку десорбція не потрібна тому, що цільовим продуктом є аміачна вода.

1.1. Теоретичні основи процесів абсорбції

1.1.1. Міжфазова рівновага процесу абсорбції. Розчинність газів у рідинах залежить від властивостей абсорбента та абсорбтиву, від температури і парціального тиску газового компонента над розчином і характеризується законом Генрі, згідно з яким рівноважний парціальний тиск компонента р* пропорціональний мольній частці газу в розчині х, кмоль А./кмоль (А+В).

р* = Е · х , (1.1.)

де Е – константа Генрі, яка має розмірність тиску.

Закон Генрі справедливий для ідеальних і малорозчинних газів. Розчинність багатьох газів відхиляється від закону Генрі. Так поводять себе гази, які утворюють висококонцентровані розчини, в результаті чого реальна розчинність завжди менша ніж маємо із закону Генрі. Для подібних систем лінії рівноваги будують за дослідними даними або за допомогою рівнянь, які одержані в результаті їх обробки. Для опису рівноваги в системі аміак-вода рекомендується рівняння [3-5]:

, (1.2)

де р* – рівноважний парціальний тиск аміаку над розчином, мм рт. ст.;

Т – температура розчину, К;

С_х – обємна мольна концентрація аміаку в розчині кмоль NН₃/м³ розчину.

1.1.2. Визначення рівноважних характеристик необхідних для розрахунку середньої рушійної сили процесу абсорбції аміаку водою. Основною проблемою при розрахунку абсорбера є визначення поверхні контакту фаз F, м², згідно з рівнянням масопередачі [4,6]:

, (1.3)

де М – масова витрата поглинутого аміаку кг/с;

К_у – коефіцієнт масопередачі, кг/м²·с·(Δ ;

Δ – середня рушійна сила процесу абсорбції по газовій фазі, кг аміаку/ кг і.г.

Для розрахунку коефіцієнта масопередачі К_у спочатку визначають коефіцієнти масовіддачі βх і βу за допомогою відповідних критеріальних рівнянь. Коефіцієнт масопередачі розраховується згідно з виразом:

(1.4)

де m – тангенс кута нахилу лінії рівноваги до осі абсцис. Якщо лінія рівноваги крива, визначається середнє значення – m_сер.

Для випадку розрахунку насадкового абсорбера для системи, що не підкоряється закону Генрі, можна скористатися методом визначення безпосередньо висоти шару насадки Н_н, м згідно з рівнянням [4,6]:

(1.5)

де – , висота одиниці переносу, м;

, загальне число одиниць переносу по газовій фазі;

G – масова витрата інертного газу-носія, кг/с;

S – площа поперечного перерізу абсорбера, м²;

σ – питома поверхня насадки, м²/м³;

ψ – коефіцієнт зрошення (активності) насадки;

_п, _к, , * – відносні масові концентрації аміаку в газовій фазі, відповідно, на вході і на виході абсорбера, поточне значення концентрації для будь-якого перерізу абсорбера і відповідне йому рівноважне значення, кг аміаку/кг і.г.