- •Расчет абсорбера
- •3.1 Определение условий равновесия процесса
- •3 .2 Расчет материального баланса
- •3.2.1 Определение молярного расхода компонентов газовой смеси.
- •3.2.2 Определение расхода поглотителя этана из газовой смеси.
- •3.2.3 Определение рабочей концентрации h2s в поглотителе на выходе из абсорбера.
- •3.2.4 Построение рабочей линии абсорбции h2s и определение средней движущей силы
- •3.3 Определение рабочей скорости газа и диаметра аппарата
- •Определение высоты абсорбера
- •Определение гидравлического сопротивления абсорбера
- •Расчет диаметров штуцеров и труб
Расчет абсорбера
3.1 Определение условий равновесия процесса
Определяем равновесные концентрации этана в воде. Если поглощается труднорастворимый газ, то расчет равновесных концентраций ведут по закону Генри :
, (3.1)
где ‑ давление в абсорбере, Па;
E‑ константа растворимости, Па;
x* ‑ равновесная концентрация этана в воде,;
у ‑ концентрация этана в воздухе, .
E= 0,3394106мм рт. ст. = 49,108106Па при температуре абсорбции 20С
, (3.2)
Начальная мольная концнтрацияэтана рассчитывается по формуле
, (3.3)
где ун - содержание этана в смеси в массовых долях
.
Начальная мольная доляэтана рассчитывается по формуле
, (3.4)
Пересчет в массовую концнтрацию производится по формуле
, (3.5)
где М- молекулярныемассы этана иN2, кг/кмоль
,
Величины равновесных концентраций в жидкости достаточно рассчитать для диапазона значений концентраций в газовой фазе от нуля до величины, которая в 1,2-1,5 раз превышает начальную концентрацию абсорбера.
Для упрощения расчетов материального баланса необходимо сделать пересчет абсолютных концентраций в относительные. Связь между относительной концентрацией и абсолютной выражается следующей формулой:
, (3.6)
, (3.7)
где у ‑ абсолютная концентрация этана в газовой фазе, ;
Y‑ относительная концентрация этана в газовой фазе,;
x‑ абсолютная концентрация этана в жидкой фазе,;
X‑ относительная концентрация этана в жидкой фазе,;
х=
3 .2 Расчет материального баланса
3.2.1 Определение молярного расхода компонентов газовой смеси.
Пересчитаем объемный расход при нормальных условиях (T0=273K,P0=1,013105Па) в объемный расход при условиях абсорбции (Т=293К, Р =1,1 Па).
, (3.8)
где Vсм0– расход при нормальных условиях, .
.
Для удобства дальнейших расчетов переведем объемный расход газовой смеси в молярный.
, (3.9)
где Vсм0‑ объемный расход газовой смеси, ;
Gсм‑ молярный расход газовой смеси, .
Молярный расход инертного газа определяется по уравнению:
, (3.10)
где ун‑ исходная концентрация этана в газовой смеси,;
G‑ молярный расход инертного газа, .
Из условия задания ун=0,0403
.
Концентрацию этана на выходе из абсорбера yк,:
, (3.11)
где – степень извлечения,=0,92 (из задания).
.
Величины yк,yнпересчитаем в относительные по формуле (3.6)Yк=,
Yн=0,0387.
Для определения молярного расхода этана , который поглощается, служит следующее уравнение :
. (3.13)
.
3.2.2 Определение расхода поглотителя этана из газовой смеси.
Для определения минимального молярного расхода чистого поглотителя Lминслужит следующее уравнение:
, (3.14)
где X*к‑ равновесная относительная концентрация этана в воде на выходе из аппарата,; Хн‑ исходная относительная концентрация этана в воде,.
Равновесную относительную концентрацию этана в воде на выходе из аппарата определим по линии равновесия рис. 3.1. Для противоточных абсорберов X*к=f(Yн). По графику максимально возможная концентрация этана в воде при условиях абсорбции составляетX*к=9,0382.
Т.к. в реальном процессе абсорбции используется не минимальный расход поглотителя, а несколько больший (для ускорения процесса), то необходимо пересчитать минимальный расход поглотителя на рабочий расход Lс учетом коэффициента избытка поглотителя:
, (3.15)
где ‑ коэффициент избытка поглотителя, принимаем равным 1,3. С увеличением расхода поглотителя (т. е. с увеличением коэффициента избытка поглотителя) снижаются допустимые скорости газа в аппарате, по которым находят его диаметр. Поэтому следует выбирать такое соотношение между размерами абсорбционного аппарата и расходом поглотителя, при котором размеры аппарата будут оптимальными.