7.1.3 Материальный баланс абсорбции

Р

Рисунок 7.1 – Схема непрерывного

противоточного процесса

ассмотрим схему элементарного абсорбционного аппарата (рисунок 7.1). 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:

, (7.6)

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:

. (7.7)

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, а следовательно, 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. рисунок 7.1), уравнение материального баланса для части аппарата, расположенной выше этого сечения, можно записать следующим образом:

, (7.8)

или

. (7.9)

Уравнение (7.9) называют уравнением рабочей линии. В координатах XY рабочая линия представляет собой прямую с углом наклона, тангенс которого равен . На диаграмме XY рабочая линия процесса абсорбции располагается выше линии равновесия (рисунок 7.2), так как при абсорбции содержание поглощаемого компонента в газовой фазе выше равновесного.

Рисунок 7.2 – 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

. (7.10)

Действительный расход поглотителя можно найти по формуле

, (7.11)

где α – коэффициент избытка поглотителя.

Оптимальный расход абсорбента будет соответствовать минимуму на кривой суммарных затрат (рисунок 7.3).

С

Рисунок 7.3 – Определение оптимального расхода

абсорбента

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

7.1.4 Кинетика процесса абсорбции

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

(7.12)

Коэффициенты массопередачи определяются по уравнениям

(7.13)

и

, (7.14)

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

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