Добавил:

ivanov666 Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.

Вуз:

Пермский национальный исследовательский политехнический университет

Предмет:

[НЕСОРТИРОВАННОЕ]

Файл:

Основы теории технологических процессов. Часть 2. Статический анализ г

.pdf

Скачиваний:

Добавлен:

15.11.2022

Размер:

5.84 Mб

Скачать

☆

<<< < Предыдущая 1 2 3 4 56 / 76 7 > Следующая >>>

		л	-	51	-
		л			^ ж
где	р	а Р = Р со2 "			Рсо2
	р	парциальное		давление		углекислого	газа	в исход
	*С02	парциальное		давление		углекислого	газа	в исход
	р ж	ном газе;
	р ж	равновесное		давление		углекислого	газа	над выхо
	со .	дящим из абсорбера раствором, зависит от темпе
		дящим из абсорбера раствором, зависит от темпе
		ратуры	и расхода поглотителя, ибо				согласно
		закону	Генри
		I РЛ ж		<р	X ;
		сог		<р
	К т -	константа физической				абсорбции;
	К<Р	концентрация растворенного компонента в жидком
	X	концентрация растворенного компонента в жидком
		поглотителе.
	Увеличение, расхода			поглотителя приводит			к уменьшению X
и,	следовательно, при заданной температуре к уменьшению Рсо
и возрастанию д Р .			Однако увеличение удельного				расхода пог

лотителя ухудшает экономические показатели процесса (увели чивается расход электроэнергии на циркуляцию поглотителя). Минимальный расход поглотителя соответствует достижению

равновесия в нижней части абсорбционной колонны, т .е .		опре
деляется условием д Р = 0	или РСо2 = РСо
Количественно минимальным расход поглотителя может быть
определен, если составить материальный баланс процесса по
поглощаемому компоненту.Если	пренебречь количеством	СО^ ,

приходящим в колонну с регенерированным поглотителем и уходя щим с очищенным газом, то .Z * X = £ * y .

Отсюда

				G	_ у _	рс2	К
				G	х	“ Р .Х	р	’
где	2	-	расход жидкого поглотителя;
	& -		расход		газа.
	Таким образом, минимальный удельный расход жидкого погло
тителя		определяется температурой в					нижней части абсорбера, ибо
К ф	зависит			от	температуре. Если		абсорбция	протекает с выде
лением		теш а		, то	/Сер	с увеличением температуры возрастает.

Следовательно, минимальный расход жидкого поглотителя уменьша

ется при понижении температуры процесса абсорбции и повышении давления и абсорбере.;

- 52 -

Рассчитаем минимальный расход поглотителя при заданных

условиях:	0 ,2 5 '
S = 0 ,7 5 5 -7 ,5 + 4 ,2 /0	~J	*	*
S = 0 ,7 5 5 -7 ,5 + 4 ,2 /0	• 7,5	* 5 ,9 2 6 0 » % //г О,
отсюда
5 ,9 2 6	/3
	* 0 ,0 0 4 7 7 ;
2 2 4 0 0

О0 ,2 5

=52,4 /чоуга м2 о / ,моль газа.

О 0 .0 0 4 7 7

= 4 2 г/у> = 4 2 м 3//О О О л, 3

Минимальное остаточное содержание COz в очищенном газе

определяется условиями равновесия	для верха абсорбера,	что
в свою очередь зависит от условий	десорбции, так как в верхнюю
часть подается регенерированный абсорбент. Для условий		верха

абсорбера		-
		Рсог	~ Р	'У6 а . =К*Р		*Р			Рд т^<р 4Хр
В то же время		для условий		десорбера		справедливо			Рд т^<р 4Хр
{А 'ф -	константа физической абсорбции для условий десорбера).
Следовательно,
				Хр	/Сер
			Р	~		Р	'
Чем больше разница температур при абсорбции									и десорбции
и чем больше разница давлений в					этих аппаратах,				тем меньше
концентрация поглощаемого компонента в очищенном газе.
Если температурные условия					абсорбера		и десорбера одинаковы,
	/			д			Р	~ 30 аП \|* а
ТО Кср = кер		И тогда	Og а		*	ЕсЛИ	Р	~ 30 аП \|* а
Ру	= I атм,	ТО f/g a		= J fr * 0 ,0 3 3 ( з ,3 %				) .

В реальных условиях остаточное	содержание СОг в	газе
1 ,5 - 2 % - это говорит о том, что в	применяемых схемах	очистки

десорбция осуществляется не только снижением давления до ат мосферного, но и применением для окончательной десорбции специального десорбируемого агента (в.оздуха). Если учесть необходимость получения при десорбции концентрированного по С02 газа, то, по-видимом'у, в практике необходимо использо вать двухступенчатую десорбцию - сначала снижением давления, затем отдувкой воздухом. Газ после первой стадии десорбции

(экспандерныи			газ; содержит 90-95% С02 *
Пример 2 . Выполнить статический анализ получения олеума.
Определяем цель анализа: найти условия										получения			олеума
максимально возможной					концентрации. Мы				знаем, что для				этого
процесс	абсорбции S 03 ~Н2 0					должен начаться				по возможности
при большой величине движущей силы:									- Pso		> O f
Давление			503	над	олеумом разной концентрации при различ
ных температурах,				т .е .	величина		р’SC/j		, приведена в			табл.2[27]
									Т а б л и ц а			2
	Равновесное давление паров над олеумом,ыи рт .ст.
■ г		■				Температура. °С
Конц.	4					Температура. °С
Конц.	4				1-------1
олеума	!	"1------ 1-------!				i1 100*120		!	140!	160! 180		!	200
% S 0$	!	2Q !	40	! 60	!! 80	i1 100*120		!	140!	160! 180		!	200
(своб. )'!		! .		!	I!	!1	!	I	1		!	f
5			_	0,06	0,18	0,42	1,27		3,5	9,72	23,1		55
10		-	-	1,01	1,72	3,38	9,05		28,8	64,0	108		220
15		-	-	5,55	14,0	40,2	86,4		152	247	-		-
20		-	-	16,8	47,5	126	2,64		439	765	-		-
25		-	10,5	28	84,0	225	459		-		-		-
30			15,0	46	135	351	770		-		-		-
35„		-	22	74	209	515	-				-		-
40		-	35	115	313	794	-				-		г*
45	27, 3		95,2	300.	810	-	-				-		-
50	34, 0		171	468	-	-	-		-	-	-		-
60	73, 0 217			579	-	-	-		-	-	-		-
70	I I I , 0		330	780	-	-	-				-		-
100	187		597	I6II	-	-	-		-	-			-

		-	54 -
Над стандартным 20%-ным			олеумом давление S03 равно:
при 50°	-	8 мм	р т .с т .,
при 60°	-	17мм	р т .с т .,
при 70°	-	30,0	мм р т .с т .,

при 80° - 47,0 мм рт.ст.
Поскольку при равновесии PJO	-	PSOj	» то W * получения
стандартного олеума газ на входе		в I -ю продукционную погло
тительную башню должен содержать		S03	:
при 50°С > / , О в (	•W 0= f,08),
при 60°С > Z ,2 b l(-^u	/00= 2,2Ъ ),
при 70°С > 4,0% (-J § Q	fOO= 4t		О ),

при 80°С > 6 ,2 % ( - ^ - Ю 0 = 6 ,2 ) .

Если газ входит в первую поглотительную башню с содержа нием SOj » равным 7% и если = 760 мм, то парци альное давление

SO,-Pcn = 760-0,07 = 5 3			мм	рт .ст.
л	soj
Из табл.	2 можно	определить,	что	при	этой кон
центрации газа	и температуре 60°С может быть получена мак
симальная концентрация		олеума около 30% 50s			(своб .). При

20°С и той же концентрации газа максимальная концентрация

олеума	уже	повышается до 50% 503			(своб.).
Чтобы		при 20° получить олеум			с	100% 503 ^своб.), содер
жание	603	в газе	,	поступающем в		продукционную башню,
должно быть		больше,	чем	- - - - - х	100 = 24,5%
				760

Таким образом, для получения по возможности более кон центрированного олеума нужна наиболее низкая температура и

высокое значение парциального	давления SO j		в	газовой
фазе. Его можно увеличить повышением		концентрации		S03 в газо
вой фазе и увеличением общего	давления. Все		перечисленные
факторы обеспечивают начало процесса		поглощения при наиболь
шей величине движущей силы.

Пример 3 . Выполнить статический анализ процесса абсорб ции хлористого водорода водой.

Цель анализа: определить, почему даже при наилучийх

возможных реальных условиях нельзя получить					100^-иую соля
ную кислоту,
Такке	исходим из величины			движущей силы абсорбции:
Р г -	Р Ж > О	р *	= р	*нсе .	р *	= /
нсе	нее	нее	’	£-»п	нее	**

^концентрации кислоты и природы поглощаемого.газа). По закону Генри

	_ Ж		=	о	/V		при	t-c o n s t
	Р			Р
	нее			нее	нее
_ о	-	равновесное давление над IOG;--ннм сжиженным
г д е Р ^
Л„се		хлористым водородом;
	-	молярная				доля хлористого водорода в растворе,

/ На рис,16 даны значения равновесного давления хлористого водорода над жидкой, соляной кислотой в зависимости от её концентрации и температуры.

При достижении равновесия и окончания процесса абсорбции

Рнсе = ^.Концентра-

Рис^хб, Равновесное давление М ?

в газе над соляной кислотой различ ных концентраций

ция кислоты, подученная к этому моменту, будет наиболее высокой.

Обычно после печей разложения хлористого ^ натрия по реакции

2N dC e^H ^S0^ =

# a 2 SOv + 2 W e ,

га з, поступающий на абсорбцию, оодеркит	30% #С £ (228 ш р т .с т .) .
При атон, пользуясь данными рис.16,	можно определить, НТО

в Условиях равновесия подучим соляную кислоту: при 80°С 28%-ную, при 50°С 35^-ную, при 20°С 38%-нув.

-56 -

Так т образом, с уменьшением температуры, благодаря

уменьшению Р ^ е		i растет равновесная		концентрация			кислоты.
В современном способе синтеза хлористого водорода путем
спокойного	горения	Иг и	CS2 можно в	принципе	получить
100%-ный	хлористоводородный гаа. При абсорбции				этого		газа
при температуре 20°С можно подучить ^т. а , рис.16)						в	луч
шем случае 42-43%-ную соляную кислоту.
Таким образом,		низкая	концентрация	получаемой		соляной

кислоты определяется небольшой величиной движущей силы про

цесса в связи с большим значением		равновесного	дав
ления хлористого водорода над жидкой соляной кислотой,			а это,
в свою очередь, зависит от большого значения коэффициента
Генри, т .е .	от значительной величины	равновесного давления
хлористого	водорода над сжиженным 100%-ным хлористым водоро
дом.

Пример 4 . Статический анализ абсорбции, окислов азота водой.

Цель анализа: наити условия получения азотной кислоты наиболее высокой концентрации. Решим задачу в общем виде.

В общем случав можно пользоваться вышеописанной схемой анализа, основанной на определении при разных условиях величины движущей силы абсорбции, которая, как нам известно, выражается так: ^ NO2 ~

По мере хода процесса/7* 2	убывает,	а	п/С/2	возраста-
ет и при состоянии равновесия:	р	г	- р * *
		#о2	ГА!0г

поглощение окислов азота жидкоотью прекратится, а концентра ция азотной кислоты, полученная к этому-времени, будет мак симально возможной при данных условиях. Ясно, что для полу чения более концентрированной азотной кислоты,абсорбцию надо начинать пр возможности при большем значении движущей силы,

т .е . необходимо каким-то						образом значение	Р *	увеличить,
а	ж		уменьшить.
	*ог	-				п „ 0
			*	2	= р			т .е . парциаль-
	Значение			7?		(при£= c o n s t) ,
нов давление двуокиси азота загноит от общего давления и
молярной концентрации её в газе .
	Значение			равновесного давления /У02			можно раосчитать

с учетом протекания процесса хемосорбции, считая, что система является идеальной. При этом протекают следующие реакции:

2)	при равновесии					P	-------—
						NOz (r)		HO,
3)	КО,	, , = K 0 , .						Jr- -	Д>£*У	r	~f
	"£ u* { r )				2 ^ { P ) ’			V	Л.	^
k)	4 i p	/	/	4	о =	м	щ	+ 2M	, кг (Г) Л	р м	—
	V		/				^		X*		X2
							^		X*		X2
									*Л (р)

Справа от приведенных реакций выписаны их константы равнове сия, зависящие как от температуры, так и от давления в сис теме.

	Решая совместно три рассмотренных уравнения, получим
выражение		для расчета	равновесного		давления			М02	в газовой,
фаэе	над жидкостью:,		^	f	х		2	1	/
	Р~г	- \ С г ) ‘
При выводе		этого уравнения учитывалось следующее							соотношение:
		/->		= у	• Р	'
	Р	*°(Г)		*°(Г)	Р	'
где	Р	- давление в	системе.			^
Подставив в уравнение для расчета					Р/VО2		значения констант
равновесия		соответствующих стадий,			приведенные в				литературе
[ 10], можно рассчитать равновесное						содержание			в газе

над.азотной кислотой различной концентрации при различном давлении в системе. Особое влияние на равновесную степень

хемосорбции /V02 оказывает концентрация /VO. Даже	незначи
тельное увеличение содержания в абсорбируемом газе	приводит
к значительному увеличению равновесного давления	М02 в газе
над жидкостью.

Из анализа уравнения видно, что повышение концентрации получаемой азотной кислоты приводит к увеличению значения Рыо , в то время как повышение давления в системе позволя ет существенно уменьшить ату величину.

Поскольку константы равновесия рассмотренных стадий уменьшаются с увеличением температуры (все стадии процесса экзотермические), то при этом соответственно будет увеличи ваться разновесное давление пара над жидкой азотной кислотой.

- 58 - Таким образом, получению более концентрированной азотной

кислоты способствуют высокое давление, низкая температура и отсутствие в газе окиси азота.

6 .СТАТИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ ГЕТЕРОГЕННЫХ ПРОЦЕССОВ В СИСТЕМАХ ТВЕРДОЕ ТЕЛО-ГАЗ*

В некоторых	технологиях, кроме абсорбционных^ имеют место
и адсорбционные	процессы.
Адсорбцией	называется преимущественное концентрирование
молекул на поверхности или в объеме микропор твердого тела,

обладающего ненасыщенными связями. Адсорбция вызывается силами молекулярного взаимодействия (силы постоянных и индуцированных диполей, силы квадрупольного притяжения). В технологиях неорга нических веществ эти процессы применяются в основном для тон кой очистки газов или являются одной из стадий гетерогенного катализа.

Основным исходным экспериментальным материалом для анализа статики адсорбционных процессов являютоя изотермы адсорбции. При адсорбции одного компонента, изотермы адсорбции показывают Зависимость количества адсорбированного вещества в жидкости. Основные типы изотерм адсорбции графически изображены на рис.17.

	£____	р-	±	ж I______ --------------- -
I типа	р	Р		Р	Р	_	'
I типа	1 типа	Штипа		& типа		Лтипа
Рис.17. Типы изотерм адсорбции: 0 -				величина	адсорбции;
р -	равновесное	давление	адсорбтива		в газовой

фаве

Математически изотермы индивидуальной адоорбции описываютоя различными уравнениями. Так изотермы I типа описываются:

уравнением Лангмюра:

8р

**■

/+ 6Р

*Этот раздел напиоан Р.Г. Кефером

где В - степень заполнения адсорбционного пространства; ат - величина адсорбции при давлении насыщенного

пара адсорбтйва;

&- константа, характеризующая распределение ве щества в адсорбированной и газовой фазах;

уравнением Дубинина-Астахова

в=е- 1 4 -Г

где A -R T £ n —g	-	адсорбционный	потенциал;
'р	—	характеристическая энергия А=£
( £= R T £n —	—	характеристическая энергия А=£
°		при 6= 0,568 ,

/г - ранг распределения Широко известны также следующие уравнения: уравнение Фрейндлиха

а=/ср т4

где К и п —константы; уравнение Генри ( для начальной области изотермы)

а =ХР;

уравнение Киселева, или так называемое вириальное уравнение изотермы адсорбции:

где	2	-гиббсовская величина адсорбции единицей массы
где	/К	-гиббсовская величина адсорбции единицей массы
	К	адсорбента;
	К	- константа Больцмана;
и	К2	- первый (константа Генри) и второй коэффициен
		ты вириадьного уравнения.
Изотермы П типа хорошо описываются уравнением Брунауера,
Эммета и Тейлора (БЭТ):

а = -	ат -С
	р*

где С - кс-шланта.

- 60 -

Другие типы изотерм встречаются реже и имеют сложное математическое описание. Коэффициенты в этих выражениях являются параметрами адсорбции, их определяют из экспери ментальных данных (изотерм адсорбции). Для этого указанные выше уравнения представляют в линейной форме.Знание пара метров адсорбции позволяет проводить различные интердоляционные и экстраполяционные расчеты, а также вычислять изотермы адсорбции при других температурах. Рассмотрим, например, уравнение Дубинина-Астахова

Константы F и п характеризуются температурной инва риантностью, величина а т зависит от температуры и для микро пористых адсорбентов изменяется в соответствии с изменени ем плотности адсорбата. Значение Р6 определяется по темпе ратурной зависимости упругости насыщенных паров от темпера туры.

Таким образом, зная параметры адсорбции , можно рассчи тать изотерму адсорбции при любых других температурах. С точки зрения статического анализа процессов однокомпонент ной адсорбции для достижения высокой эффективности погло щения, другими словами высокой емкости адсорбента, необходи мо процесс проводить при пониженных температурах, когда равновесная адсорбция максимальна. Десорбцию же или регене рацию адсорбента следует осуществлять при пс^вышенных тем пературах, когда величина адсорбции практически равна нулю.

Многокомпонентная адсорбция, или так называемая сов местная адсорбция, описывается уравнениями вида:'

a i

(?1 >

9 'л ' ^)-

Для адсорбции из бинарной смеси изотермы адсорбции можно представить графически (рис.18).

и.

Рис.18.Изотермы адсорбции бинарных смесей: *vy f - мольная доля одного компонента в адсорб1у)ованной и объемной (газовой) фа

зах; &f>a2 ~ величины адсорбции первого и второго компонентов

<<< < Предыдущая 1 2 3 4 56 / 76 7 > Следующая >>>

Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]

#
15.11.2022747.72 Кб19Основы производства и обработки металлов учебно-методическое пособи..pdf
#
15.11.20223.76 Mб12Основы работоспособности технических систем..pdf
#
15.11.202224.13 Mб17Основы работы в Windows Microsoft Office 2007..pdf
#
15.11.20223.93 Mб21Основы разработки нефтяных и газовых месторождений..pdf
#
15.11.202222.59 Mб39Основы создания полимерных композитов..pdf
#
15.11.20225.84 Mб13Основы теории технологических процессов. Часть 2. Статический анализ г.pdf
#
15.11.20225.71 Mб26Основы теории цепей. Часть 1.pdf
#
15.11.20226.33 Mб20Основы теории цепей. Часть 2.pdf
#
15.11.20229.92 Mб87Основы технической диагностики нефтегазового оборудования..pdf
#
15.11.20221.41 Mб30Основы технической термодинамики и теплотехники..pdf
#
15.11.20228.24 Mб33Основы технологии машиностроения. Часть 2. Технологическая подготовка.pdf