Расчёт абсорбционной установки
Дипломная работа - Разное
Другие дипломы по предмету Разное
В»асти протекания хемосорбционных процессов.
В кинетической области скорость собственно химического взаимодействия меньше скорости массопередачи и поэтому лимитирует скорость всего процесса. В диффузионной области лимитирующей является скорость диффузии компонентов в зоне реакции, которая зависит от гидродинамики и физических свойств фаз и определяется по общему уравнению массопередачи.
В тех случаях, когда скорости реакции и массопередачи соизмеримы по величине, процессы абсорбции протекают в смешанной, или диффузионно-кинетической, области.
При расчете требуемой поверхности контакта фаз в условиях хемосорбции ускорение процесса можно учесть увеличением коэффициента массоотдачи?ж, если считать движущую силу процесса такой же, как при физической абсорбции. Тогда коэффициент массоотдачи в жидкой фазе ?/ж при протекании химической реакции
?/ж = ?ж .?, (1.21)
где ? - фактор ускорения массообмена, показывающий, во сколько раз увеличивается скорость абсорбции за счет протекания химической реакции /1/.
1.2 Основные технологические схемы для проведения процесса
Промышленные схемы абсорбционных установок бывают противоточные, прямоточные, одноступенчатые с рециркуляцией и многоступенчатые с рециркуляцией.
При противоточной схеме абсорбции (рис.1.3) газ проходит через абсорбер снизу вверх, а жидкость стекает сверху вниз. Так как при противотоке уходящий газ соприкасается со свежим абсорбентом, над которым парциальное давление поглощаемого компонента равно нулю (или очень мало), то можно достичь более полного извлечения компонента из газовой смеси, чем при прямоточной схеме (рис. 1.4), где уходящий газ соприкасается с концентрированным раствором поглощаемого газа. Кроме того, при противотоке можно достигнуть более высокой степени насыщения поглотителя извлекаемым компонентом, что, в свою очередь, приводит к уменьшению расхода абсорбента.
Схема противоточной абсорбции
Рис.1.3
Схема прямоточной абсорбции
Рис.1.4
Для отвода тепла, выделяющегося при абсорбции, а также для повышения плотности орошения часто применяют схемы с рециркуляцией части абсорбента.
На рис.1.5 представлена схема одноступенчатой абсорбции с частичной рециркуляцией абсорбента. Часть жидкости концентрацией Хк отбирается из нижней части колонны в качестве конечного продукта, а другая ее часть возвращается насосом на верх колонны, где жидкость присоединяется к поглотителю, имеющему начальную концентрацию Хн. В результате образуется смесь, концентрация которой равна Хсм, причем Хсм>Хн.
Схема одноступенчатой абсорбции с рециркуляцией жидкости
Рис.1.5
Жидкость, возвращается в колонну, может быть попутно охлаждена, что приведет к понижению температуры жидкости, орошающей колонну и соответственно - к понижению температуры процесса.
Обозначим через n кратность циркуляции, или отношение числа киломолей жидкости, протекающей через абсорбер, к числу киломолей исходной жидкости. Тогда через абсорбер будет проходить nLкмоль и рециркулировать(n-1)Lкмоль поглотителя, где L - расход поглотителя. Соответственно материальный баланс процесса выразится уравнением
G.(Yн-Yк) = L.(Xк-Xн) = n.L.(Хк-Хсм) (1.22)
откуда кратность циркуляции равна
(1.23)
Концентрация абсорбента в смеси на входе в колонну:
(1.24)
Линия АВ на диаграмме Y-X(рис.1.5) отвечает абсорбции без рециркуляции (т.е. при n=1), причем наклон этой линии равен отношению расходов фаз L/G. При наличии рециркуляции рабочая линия имеет большой наклон (nL/G) и выражается отрезком АС. Наклон рабочей линии возрастает с увеличением n, однако предельное положение рабочей линии соответствует прямой AD,точкаD которой находится на линии равновесия. Это положение рабочей линии отвечает максимальной величине n, когда поступающая в колонну смесь находится в равновесии с уходящим газом.
Схема многоступенчатой абсорбции с рециркуляцией части жидкости приведена на рис.1.6. При этом газ проходит последовательно через все колонны навстречу жидкости. На диаграмме Y-X рабочая линия для всей системы изображается прямой АВ. Эта прямая состоит из отрезков АС, СD и DВ, соответствующих рабочим линиям для отдельных колонн. При отсутствии рециркуляции данную систему можно было бы рассматривать как один абсорбер, разделенный на части. Если каждая отдельная колонна работает с рециркуляцией жидкости, то рабочие линии для каждой из этих колонн выразятся отрезкамиА/С, С/D и D/В. Рассмотренная схема широко распространена в промышленности.
Схема многоступенчатой противоточной абсорбции с рециркуляцией жидкости в каждом абсорбере
Рис.1.6
Количество жидкости, проходящей через абсорберы, работающие по схеме с рециркуляцией поглотителя, при одном и том же расходе свежего абсорбента значительно больше, чем в схемах без рециркуляции. В результате увеличивается коэффициент массоотдачи в жидкой фазе при некотором снижении движущей силы процесса.
Применение схем с рециркуляцией поглотителя целесообразно в следующих случаях:
) когда основное сопротивление массопередаче сосредоточено в жидкой фазе;
) при необходимости охлаждать поглотитель в процессе абс