2721 Методичнi вказівки та контрольні завдання (стр. 4 )

абсорбційної колони

3.2.1 Матеріальний баланс багатокомпонентної абсорбції. Принципова схема абсорбційно-десорбційної установки наведена на рис. 3. Потік газу Gn+1 надходить у нижню частину абсорбера 1, а зверху подають потік регенерованого абсорбенту L0. Непоглинені компоненти газу G1 виходять з верхньої частини абсорбера, а з його нижньої частини відводять потік насиченого абсорбенту Ln, який надходить на регенерацію в десорбер 5. Регенерацію здійснюють або за рахунок підведення тепла QB у нижню частину десорбера, або за рахунок уведення водяної пари. Регенерований абсорбент повертають в абсорбер.

Оскільки 1 кмоль будь-якого газу за законом Авогадро займає об'єм 22,4 м3, то мольну витрату сирого газу визначають за формулою

.

(35)

Мольні Gi , кмоль/год, та масові gi , кг/год, витрати кожного компонента газової суміші, а також загальну масову витрату сирого газу визначають за формулами

, , ,

(36)

де Мі, уі – мольна маса та об'ємна концентрація і-го компонента газової суміші відповідно.

Співвідношення між мольними концентраціями і-го компонента у газовій та рідкій фазах за заданими температурою та тиском називають константою фазової рівноваги, або коефіцієнтом розподілу і-го компонента, Кі та визначають за номограмою на рис. А.2 [2].

Внаслідок поглинання деяких компонентів газової суміші під час абсорбції потоки абсорбенту і газу можуть істотно змінюватися за висотою апарата. Тому розрізняють абсорбцію сухих газів, при якій кількість видобутих компонентів не перевищує 10 – 15 % і можна використувати усереднені характеристики потоків, та абсорбцію жирних газів, при якій потрібно враховувати зміну характеристик газового і рідкого потоків за висотою апарата.

Далі розглянемо розрахунок процесу абсорбції сухих газів. У випадку багатокомпонентної абсорбції необхідно визначити видобуток кожного компонента. Для цього використовують рівняння Кремсера

,

(37)

де jі – коефіцієнт видобування і-го компонента (відношення фактичної кількості поглиненого компонента до теоретичної, яку досягають в умовах рівноваги між газом, що виходить із абсорбера, та рідиною, що надходить до абсорбера); n – кількість теоретичних тарілок в абсорбері; Аі – усереднений абсорбційний фактор і-го компонента,

,

(38)

де l – питома витрата абсорбенту, кмоль/кмоль.

Під час розрахунку процесу багатокомпонентної абсорбції, як правило, беруть до уваги коефіцієнт видобування ключового компонента (етану або пропану), а потім визначають інші параметри процесу та видобуток решти компонентів газової суміші за таким алгоритмом:

1 Коефіцієнт видобування jкл етану або пропану, а також питому витрату абсорбенту l' , л/м3, визначають за рис. А.3 [15] залежно від тиску. При цьому .

2 Абсорбційні фактори кожного і-го компонента визначають за формулою (38).

3 Число теоретичних тарілок в абсорбері визначають за формулою, що випливає із рівняння Кремсера (38):

,

(39)

де Акл, jкл – відповідно абсорбційний фактор та коефіцієнт видобування обраного ключового компонента.

4 Коефіцієнти видобування кожного і-го компонента обчислюють за формулою (37). Для спрощення розрахунків за рівняннями (37) і (39) можна скористатися графіком на рис. А.4 [1,2,4,5,7,10,12,18,19].

5 Мольні Gi вид та масові gi вид витрати кожного видобутого компонента газової суміші визначають за формулами

, .

(40)

6 Мольні Gi сух та масові gi сух витрати кожного не видобутого компонента газової суміші визначають за формулами

, .

(41)

7 Результати розрахунків матеріального балансу процесу абсорбції зручно подати у формі таблиці 3. При цьому визначають загальну мольну Gвид та масову gвид витрату видобутої газової суміші:

, ,

(42)

а також загальну мольну Gсух та масову gсух витрату сухого газу:

, .

(43)

8 Мольні маси сирого М, видобутого Мвид та сухого Мсух газу визначають за формулами

, , .

(44)

9 Мольну L, масову LM та об’ємну LV витрати пісного абсорбенту, що надходить до абсорбера, визначають за формулами

, , .

(45)

Таблиця 3 – Матеріальний баланс багатокомпонентної абсорбції

Компонент	Мольна маса Мі	Сирий газ	Константа фазової рівноваги Кі	Абсорбційний фактор Аі	Коефіцієнт видобування jі	Видобуто	Сухий газ
мольна концентрація уі	мольна витрата Gі, кмоль/год	масова витрата gі, кг/год	мольна витрата Gі вид, кмоль/год	масова витрата gі вид, кг/год	мольна витрата Gі сух, кмоль/год	масова витрата gі сух, кг/год
СН4	16
С2Н6	30
С2Н4	28
С3Н8	44
С3Н6	42
і-С4Н10	58
н-С4Н10	58
і-С5Н12	72
н-С5Н12	72
С6Н14	86
Разом			G	g				Gвид	gвид	Gсух	gсух

3.2.2 Діаметр і висота абсорбційної колони. Для реалізації заданого процесу доцільно вибрати абсорбційну колону з ковпачковими тарілками (рис. 4). Ковпачкові тарілки з капсульними ковпачками є найбільш універсальними; вони забезпечують стабільну роботу колони в більшості процесів, хоч за деякими показниками і поступаються тарілкам інших типів.

Розрахунковий діаметр абсорбера визначають на основі рівняння об’ємної витрати газу

,

(46)

де V – об’ємна витрата сирого газу при робочих параметрах, м3/год,

,

(47)

w' – фіктивна швидкість газу, враховуючи вільний переріз апарата.

Швидкість w’ не повинна перевищувати деяке граничне значення wгр, при якому різко збільшується винесення бризок на вищерозміщену тарілку.