2.Материальный баланс абсорбера и расход абсорбента Материальный баланс абсорбции

Рисунок 13.1 – Схема непрерывного

Противоточного процесса

Рассмотрим схему элементарного абсорбционного аппарата (рис.13.1). В условиях проведения процесса абсорбции распределяемое вещество будет переходить из газовой фазы G в жидкую фазу L, а концентрация извлекаемого компонента в фазе G будет уменьшаться от Y_н до Y_к, соответственно концентрация в фазе L увеличится от Х_н до Х_к.

Тогда уравнение материального баланса процесса абсорбции будет выглядеть так:

, (13.6)

где Y_н, Y_к, Х_н, Х_к – начальные и конечные концентрации абсорбтива в газовой смеси и в жидкой фазах соответственно.

Обычно из уравнения материального баланса определяют общий расход абсорбента:

. (13.7)

Из этого уравнения следует, что увеличение конечной концентрации абсорбтива в поглотителе приведет к уменьшению расхода последнего, что, в свою очередь, снизит эксплуатационные затраты. Однако уменьшение расхода абсорбента вызовет уменьшение его скорости в аппарате, что приведет к увеличению пограничного слоя, аследовательно, к снижению коэффициентов массоотдачи и массопередачи. Чтобы этого избежать, придется увеличивать высоту аппарата, а это приведет к повышению капитальных затрат.

Рассматривая произвольное сечение аппарата (см. рис.13.1), уравнение материального баланса для части аппарата, расположенной выше этого сечения, можно записать следующим образом:

, (13.8)

или

. (13.9)

Уравнение (13.9) называют уравнением рабочей линии. В координатах XY рабочая линия представляет собой прямую с углом наклона, тангенс которого равен . На диаграмме XYрабочая линия процесса абсорбции располагается выше линии равновесия (рис.13.2), так как при абсорбции содержание поглощаемого компонента в газовой фазе выше равновесного.

Рис. 13.2. Равновесная и рабочая линии процесса абсорбции

В реальных массообменных аппаратах равновесие не достигается и, следовательно, Х_к < Х*, а значит, действительный расход абсорбента всегда должен быть больше минимального. Минимальный расход абсорбента определяется по формуле:

. (13.10)

Действительный расход поглотителя можно найти по формуле:

, (13.11)

где α – коэффициент избытка поглотителя.

Оптимальный расход абсорбента будет соответствовать минимуму на кривой суммарных затрат (рис.13.3).

Рис.13.3. Определение оптимального расхода

Абсорбента

Сумма затрат на поглощение складывается из стоимости газа, капитальных затрат (затрат на амортизацию и ремонт аппарата) и эксплуатационных затрат (затрат на транспортирование газа и десорбцию).

Кинетика процесса абсорбции

Скорость процесса абсорбции может быть представлена по аналогии с прошлым семестром, так, в соответствии с единым кинетическим законом применительно к абсорбции уравнение массопередачи запишется:

(13.12)

Коэффициенты массопередачи определяются по уравнениям:

(13.13)

и

, (13.14)

где – коэффициент массоотдачи от потока газа к поверхности контакта фаз, м/с;

– коэффициент массоотдачи от поверхности контакта фаз к потоку абсорбента, м/с.