Главная  Переработка нефти и газа 

Скачать эту книгу

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 [ 65 ] 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 116 117 118 119 120 121 122 123 124 125 126 127 128 129 130 131 132 133 134 135 136 137 138 139 140 141 142 143 144 145 146 147 148 149 150 151 152 153 154 155 156 157 158 159 160 161 162 163 164 165 166 167 168 169 170 171 172 173 174 175 176 177 178 179 180 181 182 183 184 185 186 187 188 189 190 191 192 193 194 195 196 197 198 199 200 201 202 203 204 205 206 207 208 209 210 211 212 213 214 215 216 217 218 219 220 221 222 223 224 225

Рис. VI-4. Схема потоков в произвольном сечении абсорбера

Рис. VI-5. Графический расчет числа теоретических тарелок в абсорбере:

АВ - рабочая линия; ОС - кривая равновесная фаз

(VI.9)

-•N+\

Уравнение (VI.9) связывает концентрации газа и абсорбента в любом сечении абсорбера и называется уравнением его рабочей линии. В системе координат Х-У уравнению {VI.9) соответствует прямая, проходящая через точки с координатами А (Xq, У,) и В {Х ,y,+;) (рис. VI-5). Тангенс угла наклона рабочей линии к оси абсцисс равен удельному расходу абсорбента 1. С увеличением удельного расхода абсорбента I наклон рабочей линии

увеличивается (прямая АВ,). При У = 1 из уравнения рабочей линии получим уравнение (VI.6) общего материального баланса абсорбера.

Материальный баланс для произвольной j-й тарелки абсорбера можно записать следующим образом (см. рис. VI-4):

Lo{Xj - Ху ,) = Gs+i(Yj+i - Yj)

Yj,, -Yi = l(Xj - Xy.,).

Заменив концентрации Xj и Xy , их выражениями через Yj и Уу ,, согласно уравнению (VI.5), после преобразований получим

Y.=lt!ilJz}ItL. (VI. 10)

1 + Ay

Это соотношение дает связь составов газа на двух смежных тарелках абсорбера, позволяя вести расчет от тарелки к тарелке.

Чтобы проанализировать влияние основных факторов на работу абсорбера, рассмотрим однотарельчатый абсорбер (N = 1).

Для однотарельчатого абсорбера из уравнения (VI. 10) получим

1 +А,

Из анализа уравнения (VI. 11) следует, что на выходе из абсорбера содержание извлекаемого компонента У, тем меньше, чем больше фактор абсорбции А и чем меньше содержание извлекаемого компонента в потоке абсорбента на входе в абсорбер Xq или соответственно в потоке газа при его равновесии с абсорбентом на входе Уо. В идеальном случае следует стремиться к тому, чтобы Xq и соответственно Уо были по возможности меньшими.

Кроме того, как следует из выражения (VI.4), фактор абсорбции тем больше, чем больше расход абсорбента L и меньше константа равновесия К. Откуда вытекает, что понижение температуры и повышение давления благоприятствуют процессу абсорбции.

Рассмотренные закономерности будут справедливы и для многотарельчатого аппарата.

В дальнейшем для характеристики процесса абсорбции введем понятия о коэффициенте извлечения компонента ф и эффективности извлечения компонента е.

Под коэффициентом извлечения ф при абсорбции понимают отношение количества поглощенного компонента к его содержанию в исходной газовой смеси. В соответствии с этим определением

ф <n+\Yn+\ - <n+\Yi Улл.1 - У]

Очевидно, что при полном извлечении компонента У, = О и ф = 1. Во всех остальных случаях ф < 1.

Под эффективностью извлечения е при абсорбции понимают отношение количества поглощенного компонента к теоретическому, достигаемому в условиях равновесия между уходящим из абсорбера газом и вводимым абсорбентом. Следовательно

GN+\yN+\-GN*\y\ Yn+i-Yi (VI:12)

Рс13Аелив числитель и знаменатель правой части уравнения (VI. 12) на Yn+\, получим

е = !.

Yn+\

Отсюда следует, что е > ф и е -> ф только при Yq -» 0. При достижении равновесия на выходе из абсорбера: У, = Уо и е = 1. Во всех остальных случаях О < е < 1.

Из приведенных уравнений вытекает, что обеспечение возможно полной десорбции извлекаемых компонентов из насыщенного адсорбента (Aq 0) и снижение содержания извлекаемого компонента на выходе из аппарата (У,) увеличивают коэффициент извлечения и эффективность при абсорбции.

ГРАФИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ ЧИСЛА ТЕОРЕТИЧЕСКИХ ТАРЕЛОК В АБСОРБЕРЕ

Как следует из общей теории массообменных процессов, абсорбция может осуществляться в том случае, если рабочая концентрация компонента в газовой фазе больше равновесной. Поэтому на диаграмме X-Y рабочая линия процесса абсорбции должна располагаться выше равновесной кривой (см. рис. VI-5).

При заданном расходе абсорбента число теоретических тарелок в абсорбере определяется, построением ступенчатой линии между кривой равновесия и рабочей линией.

Рассмотрим последовательность такого построения.

Входящий в абсорбер поток газа С+\ состава Y+i в нижнем сечении встречается с потоком насыщенного абсорбента Lj, состав которого равен Х. Очевидно, что составы этих потоков должны удовлетворять уравнению рабочей линии (точка В). При контактировании потоков газа и жидкости на нижней тарелке абсорбера образуются потоки газа и жидкости, которые покидают нижнюю тарелку в состоянии равновесия. Составы этих потоков определяются точкой 1 на равновесной кривой. Проведя из точки 1 горизонталь до пересечения в точке 2 с рабочей линией, получим состав жидкости, стекающей с вышележащей тарелки.

Проводя аналогичные построения, придем к точке А, которая находится на рабочей линии и координаты которой определяются составами уходящего из абсорбера газа У, и поступающего в аппарат абсорбента Xq. Очевидно, что число горизонтальных или вертикальных отрезков между рабочей и равновесной линиями соответствует числу теоретических тарелок N, необходимых для заданного извлечения компонента. В рассмотренном примере N = 5.

Нетрудно видеть, что увеличение удельного расхода абсорбента 1 приводит к росту угла наклона рабочей линии и уменьшению числа тарелок в