Расчет насадочного абсорбера

1. Расчет насадочного абсорбера

 

Геометрические размеры колонного массообменного аппарата определяются в основном поверхностью массопередачи, необходимой для проведения данного процесса, и скоростями фаз.

Поверхность массопередачи может быть найдена из основного уравнения массопередачи:

, (1)

где , - коэффициенты массопередачи соответственно по жидкой и газовой фазам, кг/(м²·с);

М – количество вещества, переходящее из газовой смеси в жидкую фазу в единицу времени, или нагрузка аппарата, кг/с;

 - средняя движущая сила процесса абсорбции по жидкой и газовой фазам соответственно, кг/кг.

 

1.1 Расчет массы поглощаемого вещества и расхода поглотителя

 

Обозначим: A - абсорбтив, В – инертный газ, С – абсорбент.

Массу абсорбтива A (этанола) переходящего из газовой смеси в абсорбент можно найти из уравнения материального баланса:

, (2)

где L, G - расходы соответственно чистого абсорбента (воды) и инертной части газа (азота), [кг/с];

- начальная и конечная относительные массовые концентрации абсорбтива (этанола) в абсорбенте (воде), кг этанола/кг воды ;

- начальная и конечная относительные массовые концентрации абсорбтива (этанола) в инертной части газа (воздухе), кг этанола /кг воздуха.

Переведем мольные концентрации  в относительные массовые концентрации  по формуле:

. (3)

 

y- мольные доли, [%];  мольные массы абсорбтива (этанола) и инертного газа (азота).

Исходная концентрация этанола в воде .

Конечная концентрация этанола в поглотителе  обусловливает его расход (который, в свою очередь, влияет на размеры, как абсорбера, так и десорбера), а также часть энергетических затрат, связанных с перекачиванием жидкости и ее регенерацией. Поэтому  выбирают, исходя из оптимального расхода поглотителя. Конечную концентрацию  определяют из уравнения материального баланса, используя данные по равновесию.

Уравнение равновесной линии в относительных массовых концентрациях:

(4)

где m^/- коэффициент распределения:

(5)

m=1,08 - для смеси этанол-вода.

Рисунок 3. Зависимость между содержанием этанола в азоте и в воде:

1 - равновесная линия; 2 – рабочая линия.

Уравнение равновесной линии 1 (рисунок 1) .

(6)

Отсюда

Отсюда уравнение рабочей линии 2 (рисунок 1)  имеет вид:

Расход инертной части газа:

, где (7)

 - плотность инертного газа (азота) при условиях в абсорбере;

 - объемный расход инертного газа (азота) при условиях (t=20[⁰С];

Р=760[мм.рт.ст]=0,1[МПа]) в абсорбере.

Приведем объемный расход азота к условиям в абсорбере:

, (8)

где V₀ - объемный расход инертной части газа (азота) при нормальных условиях (0[⁰С]; 760[мм.рт.ст]=0,1[МПа]), V₀=3[м³/с] (по заданию) T₀=273[К] t=20[⁰C].

Пересчитаем плотность инертного газа (азота) на условия в абсорбере:

, (9)

где - плотность азота при нормальных условиях (0[⁰С]; 760[мм.рт.ст] =0,1[МПа])

t - температура в абсорбере ,[⁰С];

P₀- нормальное давление (760[мм.рт.ст.]=0,1[МПа]);

P - давление в абсорбере, [МПа].

ρ_0z=1,25046[кг/м³] - плотность азота при нормальных условиях.

T₀=273[К]; t=20[⁰C]; P₀=0,1[МПа]; P=0,1[МПа].

Определим массовый расход воздуха по формуле (7):

Производительность абсорбера по поглощаемому компоненту в соответствии с уравнением (2):

Отсюда из уравнения (2) определим расход поглотителя:

Тогда соотношение расходов фаз, или удельный расход поглотителя, составит: