Выбор и технико-экономическое обоснование проектных решений при производстве этилсиликата (Глава 2 дипломного проекта), страница 2

2.2. Теоретические основы процессов абсорбции и десорбции. Аппаратурное оформление процессов абсорбции и десорбции

2.2.1. Абсорбция

Абсорбция – это процесс поглощения компонента газовой смеси (абсорбтива) жидким поглотителем (абсорбентом), при этом абсорбент химически не взаимодействует с абсорбтивом.

Абсорбционные процессы широко распространены в химической промышленности – это поглощение ядовитых, агрессивных или редких газов из газовых смесей. Растворимость газов в жидкости увеличивается при увеличении давления в системе и снижении температуры.

Трудность расчета конкретного процесса состоит в том, что абгазы являются сложной смесью, состоящей из множества компонентов, состав которых не является постоянным, а изменяется в зависимости от условий ведения синтеза ЭТС-40. Поэтому в данной работе процесс абсорбции рассчитывали как процесс поглощения хлористого водорода из смеси с воздухом /10 - 18/, т.к. концентрации остальных компонентов незначительны по сравнению с основными. Механизм переноса массы сводится к молекулярной и конвективной диффузии. При молекулярной диффузии, происходящей в неподвижной фазе и ламинарном потоке, перенос массы характеризуется коэффициентом D, который рассчитывается для газа по уравнению (2.1) и для жидкости по уравнению (2.2):

D_г = ,                                (2.1)

D_Ж = ,                        (2.2)

Закон Генри:

Р* = Е_HCl X_HCl или X^*_HCl = Р^*_HCl / E.                                (2.3)

Числовое значение константы Генри для данного газа зависят от природы растворителя и газа и от температуры, но не зависит от общего давления в системе:

,                                    (2.4)

где М_А и М_В – молекулярные массы компонентов, кг/кмоль; Р – абсолютное давление в системе. Па;  – относительная массовая доля компонента в жидкости, кг А/кг В; ν_А и ν_В – мольные объемы паров компонентов А и В, м³/кмоль, μ – коэффициент динамической вязкости растворителя, Па с /6, 15/.

При малых концентрациях компонента в смеси закон Генри примет вид:

Y^* = E X/f₀,                                                              (2.5)

где f₀ – фугитивность или летучесть поглощаемого компонента, мм рт.ст.

Построение рабочей линии для прямоточного процесса абсорбции ведут на основе технологических параметров процесса и экспериментальных данных.

Уравнение рабочей линии:

,                                       (2.6)

где L и G – расходы жидкости и газа, соответственно, кг/с; у_Н – начальная концентрация хлористого водорода в газовой смеси, масс. доли; х_К – конечная концентрация хлористого водорода в жидкости, масс. доли.

Положение рабочей линии для прямоточного абсорбера представлено на рис. 1.

Рис. 2.1. Схема движения потоков. Положение рабочей линии для противоточной абсорбции

Из уравнения материального баланса определяется количество вещества, переходящее из одной фазы в другую и концентрацию газовой фазы на выходе из аппарата.

Уравнение материального баланса:

G (y_H – y_K) = L (x_K - x_H).                                         (2.7)

Процесс абсорбции идет с выделением теплоты растворения. Уравнение теплового баланса:

t_K = q_д (x_K - x_H)/c + t_H,                                             (2.8)

где q_д – дифференциальный тепловой эффект абсорбции, кДж/кг; с – теплоемкость абсорбента, кДж/(кг К). Для проведения изотерсического процесса абсорбции охлаждение абсорбера производят охлаждающей оборотной водой, расход которой определяют из уравнения (2.9):

G_{ОХЛ.ВОДЫ} = М q_д/(t_{ВОДЫ К} - t_{ВОДЫ Н}),                      (2.9)

где G_{ОХЛ.ВОДЫ} – расход охлаждающей воды, кг/с; М – количество вещества, перешедшее из газа в жидкость, определяется из уравнения материального баланса, кг/с; t_{ВОДЫ К} и t_{ВОДЫ Н} – конечная и начальная температура охлаждающей воды, ⁰С.

Скорость процесса абсорбции характеризуется уравнением массопередачи:

М = К_у F Δу_СР или М = К_х F Δх_СР,                        (2.10)

где Δу_СР и Δх_СР – средняя движущая сила, выраженная через концентрации в газовой или жидкой фазы, масс. оли; F – поверхность контакта фаз, м².