Способы выражения состава фаз



Введение

Для проектирования абсорбционной установки непрерывного действия обычно бывают заданы:

§ разделяемая смесь с указанием извлекаемого компонента и его начальной и конечной концентрации в смеси;

§ производительность установки по исходной смеси;

§ абсорбент и начальная концентрация извлекаемого компонента в абсорбенте;

§ рабочая температура процесса;

§ коэффициент избытка абсорбента

Задание может быть конкретизировано указанием типа абсорбера (колонный, пленочный или барботажный, струйный, с механическим перемешиванием и т.д.), а также видоизменено, например, не указана конечная концентрация целевого компонента в смеси, а задано провести расчет аппарата, обеспечивающего ПДК (предельно допустимая концентрация).

Перед выполнением проекта необходимо ознакомится с основными свойствами разделяемой смеси, ее компонентов и абсорбента. Физико-химические и термодинамические свойства индивидуальных веществ и смесей определяются по справочной литературе [1-9].

При необходимости указанные величины получают расчетным путем.

В выполнении графической части проекта и оформлении пояснительной записки существенную помощь может оказать пособие [10].

 

Цель и последовательность расчета абсорбционной установки.

2.

Абсорбционная установка состоит из собственно абсорбера и вспомогательного оборудования, в состав которого входят насос для подачи абсорбента и компримирующее устройство (вентилятор, газодувка компрессор) для подачи газовой смеси в аппарат. Принудительная подача газа осуществляется во всех типах аппаратов, за исключением самовсасывающих (инжексционных). Компримирующее устройство сообщает энергию газовому потоку для преодоления гидравлического сопротивления абсорбера, и транспортных трубопроводов, а также для создания требуемой скорости и расхода газа через поперечное сечение аппарата (нагрузка по газовой фазе). Абсорбционная установка, как правило, снабжается десорбером, конструкция которого может быть аналогичной основному аппарату. Десорбция может осуществляться термически, т.е. нагревание абсорбента и выделение целевого компонента, химически- поглащением целевого компонента хемосорбентом или просто, как физический процесс. Например, если в абсорбере процесс физической абсорбции проводился под давлением, то обратный процесс можно осуществить в десорбере при его понижении или, что значительно проще, при атмосферном давлении.

Конкретно, со схемами абсорбционных установок можно познакомиться в литературе [10; 11].

Целью расчета абсорбционной установки является определение основных размеров аппарата и расхода поглотителя, режимных параметров, а также расчет и подбор вспомогательного оборудования- насоса и компримирующего устройства. На основании расчета и действующих нормативов должно быть выбрано стандартное оборудование. Стандартизированным оборудованием для абсорбции являются колонные аппараты пленочного (насадочные) или барботажного (тарельчатые) типа. Поэтому в методических указаниях круг рассматриваемых абсорберов ограничивается расчетом аппаратов колонного типа для процессов изотермической абсорбции.

Проектирование установки включает в себя технологический, гидравлический, тепловой и механический расчеты.

Технологический расчет производится с целью определения скоростей фаз в колонне, диаметр аппарата, расстояние между тарелками для тарельчатых колонн, общего гидравлического сопротивления аппарата, что представляет выбор компримирующего устройства для подачи газа.

В ходе кинетического расчета определяется высота рабочей зоны аппарата: высота слоя в насадочных и число действительных тарелок в тарельчатых колоннах.

Итогом гидравлического и кинетического расчетов является определение основных геометрических размеров колонны- диаметра и высоты.

Тепловой расчет проводится в том случае, если процесс поглощения сопровождается выделением тепла. Такой расчет необходимо выполнять непосредственно за технологическим, так как в этом случае необходимо будет скорректировать значение расхода абсорбента. Может получится так, что для подачи жидкой фазы в абсорбер ее придется захолаживать, что требует применения хладоносителя. В этом случае будет необходимо рассчитать количество и температуру хладоносителя, теплообменник для охлаждения абсорбента, выбрать рассол и тип холодильной машины, применяемой для этой цели, с указанием ее марки и производительности.

Механический расчет включает в себя определение толщины обечайки, днища и крышки колонны, размер опор колонны.

В качестве рекомендации можно предложить следующую последовательность расчета абсорбционной установки:

1. Описание технологической схемы абсорбционной установки.

2. Построение диаграммы равновесия и рабочей линии процесса.

3. Расчет скорости газа в полном сечении колонны и определение диаметра аппарата

4. Определение высоты рабочей зоны контакта фаз (высоты насадки для колонны с непрерывным контактом фаз и числа действительных тарелок для аппаратов со ступенчатым контактом газа и жидкости).

5. Расчет и подбор насосов для подачи абсорбента и копримирующих газ устройств.

6. Механический расчет (Расчет штуцеров и соединительных трубопроводов).

 

Способы выражения состава фаз

Для определения направления и скорости массообменного процесса необходимо знать состав веществ. Пусть смесь состоит из двух компонентов А и В. Для этой системы способы выражения состава фаз представлены в табл.1.

Таблица 1 Способы выражения состава фаз

 

 

Способы выражения                                              состава фаз

 

 

Обозначение содержания   компонента А

 

в жидкой фазе в газовой (паровой) фазе
Мольная доля, кмоль А / кмоль (А+В)     x     y
Массовая доля кг А /кг (А+В)   x   y
Относительная мольная кмоль А / кмоль В   X   Y
Относительная массовая кг А / кг В   X   Y

Формулы для пересчета концентраций приводятся в справочной литературе [10].

Равновесие между фазами

Процесс переноса массы из одной фазы в другую осуществляется до тех пор, пока не будет достигнуто равновесия между фазами.

Равновесие между фазами— термодинамическое состояние системы, при ко­тором скорости прямого и обратного процессов равны.

В общем виде связь между составом фаз при равновесии мо­жет быть выражена зависимостью

y* = f(x) ,                                                      

где y* — равновесное содержание целевого компонента в газовой (паровой) фазе. Графическое изображение этой зависимости называется ли­нией равновесия (рис.18.1).

Отношение составов фаз при равновесии называется коэф­фициентом распределения:

myx = y*/x. .                                                       

Коэффициент распределения — это тангенс угла наклона ли­нии равновесия. Для криволинейной зависимости mявляется тангенсом угла наклона касательной к данной точке равновес­ной кривой.

              4. Схема абсорбционной установки и ее описание

Рис.3 – технологическая схема установки

 

1 - вентилятор (газодувка); 2 - абсорбер; 3 - холодильник; 4 - десорбер; 5 - куб десорбера; 6 -теплообменник-рекуператор; 7,8- емкости для абсорбента; 9, 10 – насосы. - поток жидкости; - поток газа.

 

    На рисунке 3 приведена схема абсорбционной установки. Газ на абсорбцию подается газодувкой (или компрессором) 1 в нижнюю часть абсорбера 2, где равномерно распределяется. Абсорбент из емкости 6 насосом 5 подается в теплообменник - рекуператоре 3, где охлаждается и поступает в верхнюю часть адсорбционной колонны 1. В колонне 1 (адсорбере) осуществляется противоточное взаимодействие газа и жидкости. Газ после абсорбции выходит из колонны. Абсорбент направляется на регенерацию в десорбер 4 после предварительного подогрева в теплообменнике - рекуператоре 3. После десорбции абсорбент стекает в емкость 6. производится в кубе 5. Перед подачей на орошение колонны абсорбент, пройдя теплообменник-рекуператор 6, дополнительно охлаждается в холодильнике 3.

             


Дата добавления: 2018-04-04; просмотров: 405;