30

3. 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= 0,339410⁶мм рт. ст. = 49,10810⁶Па при температуре абсорбции 20С

, (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=1,01310⁵Па) в объемный расход при условиях абсорбции (Т=293К, Р =1,1 Па).

, (3.8)

где V_см0– расход при нормальных условиях, .

.

Для удобства дальнейших расчетов переведем объемный расход газовой смеси в молярный.

, (3.9)

где V_см0‑ объемный расход газовой смеси, ;

G_см‑ молярный расход газовой смеси, .

Молярный расход инертного газа определяется по уравнению:

, (3.10)

где у_н‑ исходная концентрация этана в газовой смеси,;

G‑ молярный расход инертного газа, .

Из условия задания у_н=0,0403

.

Концентрацию этана на выходе из абсорбера y_к,:

, (3.11)

где – степень извлечения,=0,92 (из задания).

.

Величины y_к,y_нпересчитаем в относительные по формуле (3.6)Y_к=,

Y_н=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 L_минслужит следующее уравнение:

, (3.14)

где X*_к‑ равновесная относительная концентрация этана в воде на выходе из аппарата,; Х_н‑ 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(Y_н). 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.