1. Автоматизация процесса абсорбции

Абсорбция – это процесс поглощения определенных компонентов из исходной газовой смеси при контактировании ее с жидкостью (абсорбентом) с целью разделения этой смеси для получения растворов компонентов. Абсорбционная колонна аналогична укрепляющей части ректификационной колонны.

Рис. 1. Схема абсорбционной установки

Y_К – концентрация извлекаемого компонента в обедненном газе;

Y_Н – концентрация газовой смеси, поступающей в абсорбер;

Х_К – концентрация насыщенного абсорбента;

Х_Н – начальная концентрация абсорбента;

G – расход газовой фазы;

L – расход жидкой фазы;

А – насыщенный газ;

В – исходный абсорбент;

С – обедненный газ;

Д – насыщенный абсорбент;

Целью управления процессом абсорбции является:

1 – поддержание постоянства заданной концентрации извлекаемого компонента в обедненном газе.

2 – соблюдение материального и теплового баланса абсорбционной установки.

3 – получение насыщенного абсорбента заданного состава.

На процесс абсорбции решающее влияние оказывает движущая сила, которая определяется относительным расположением рабочей и равновесной линий процесса.

Показателем эффективности процесса является концентрация извлекаемого компонента в обедненной смеси.

Об эффективности процесса абсорбции можно судить по показателю эффективности .

Количество поглощаемого компонента в абсорбере определяется следующим уравнением массопередачи:

где к – коэффициент массопередачи;

F – поверхность массопередачи;

ср – средняя движущая сила процесса

Рис. 2. Характеристика процесса абсорбции по равновесной и рабочей линиям.

На процесс абсорбции решающее влияние оказывает движущая сила, которая определяется относительным расположением рабочей (АВ) и равновесной (ОС) линий процесса. Положение рабочей линии зависит от начальной и конечной концентрации компонента в обеих фазах; а положении равновесной линии – от температуры и давления в аппарате. Из этого следует, что концентрация извлекаемого компонента в обедненной смеси зависит от его начальных концентраций в газовой жидких фазах, расхода поступающей газовой смеси, относительного расхода абсорбента, а также от температуры, и давления в абсорбере. Следует помнить, что чем выше давление и ниже температура, тем правее смещается точка С равновесной линии, возрастает среднедвижущая сила процесса. Следовательно, с ростом давления в абсорбере и с понижением температуры эффективность массопередачи возрастает, т.е. вести процесс абсорбции эффективно при минимальной температуре и максимальном давлении (см. рис. 2).

1. Материальный баланс процесса.

Рассмотрим массобменный аппарат с противоточным взаимодействием двух фаз G и L (рис. 1.1.1).

G – расход газовой фазы

L – расход жидкой фазы

В первом приближении будем считать, что потоки газовой жидкой фазы не изменяются по высоте аппарата. Составим материальный баланс по данному компоненту для всего аппарата.

Количество переданной массы М можно выразить:

отсюда соотношение между потоками фаз равно:

Рис. 3. Схема потоков в противоточном массобменном аппарате.

Для определения составов внутренних потоков в произвольном сечении аппарата 1-1 запишем уравнения материального баланса для части аппарата, расположенной ниже этого сечения: , отсюда

Получим уравнение рабочей линии, которое дает зависимость между неравновесными (рабочими) составами фаз в произвольном сечении аппарата. Тангенс угла наклона рабочей линии к оси абсцисс равен , т.е.

Концентрация Y_К зависит от расхода газовой смеси, концентрации Х_Н и Y_Н, отношение расходов ().

Изменение расходов газовой смеси (G) и начальных концентраций извлекаемого компонента в фазах представляют собой основные возмущения процесса абсорбции, т.е. расход газовой фазы G следует стабилизировать с помощью АСР расхода или просто измеряют (см. рис. 4). Изменять же его с целью регулирования показателя эффективности нецелесообразно, т.к. при этом производительность абсорбера может оказаться ниже расчетной и экономичности процесса снизится.

Изменение концентрации – возмущающие воздействия.

Регулирующими воздействиями являются расходы свежего абсорбента, обедненного газа, насыщенного абсорбента.