Материальный и тепловой балансы процесса

Примем расходы фаз по высоте аппарата постоянными и выразим содержание поглощаемого газа в относительных мольных концентрациях. Обозначим: G – расход инертного газа, кмоль/сек; Y_Н иY_К – начальная и конечная концентрация абсорбтива в газовой смеси, кмоль/кмоль инертного газа; L – расход абсорбента, кмоль/сек; его концентрации Х_Н и Х_К , кмоль/кмоль абсорбента. Тогда уравнение материального баланса:

Отсюда расход абсорбента:

а его удельный расход:

или же:

Данное уравнение представляет собой рабочую линию процесса абсорбции.

Между удельным расходом абсорбента и размерами аппарата существует следующая связь. Если рабочая линия совпадает с линией равновесия, расход абсорбента наименьший, при бесконечно больших размерах аппарата. Если рабочая линия совпадает с вертикалью, то размеры абсорбционного аппарата наименьшими, а расход абсорбента бесконечно большой.

где q – дифференциальная теплота растворения газа, кДж/кмоль;

М^, – количество газа, поглощаемого в рассматриваемой части абсорбера, кмоль/сек;

L – расход абсорбента, кмоль/сек;

с – теплоемкость жидкости, кДж/(кмоль·град);

t – температура жидкости в данном сечении, ⁰С;

t_Н – начальная температура жидкости, ⁰С.

Скорость процесса

Основное уравнение массопередачи, определяющее количество М вещества, переносимого из фазы в фазу в единицу времени:

где х^* и у^* – равновесные концентрации в данной фазе, соответствующие концентрациям распределяемого вещества в основной массе другой фазы;

К_х и К_у – коэффициенты массопередачи, выраженные соответственно через концентрации фаз Ф_х и Ф_у.

При такой форме записи уравнения массопередачи движущая сила процесса выражается разностью между рабочей и равновесной концентрацией (или наоборот).

Коэффициент массопередачи (К_х или К_у) показывает, какое количество вещества переходит из фазы в фазу за единицу времени через единицу поверхности контакта фаз при движущей силе массопередачи равной единице:

где β_г – коэффициент массоотдачи от потока газа к поверхности контакта фаз;

β_ж – коэффициент массоотдачи от поверхности контакта фаз к потоку жидкости.

С помощью данных уравнений массопередачи обычно находит поверхность контакта фаз F и по ней рассчитывают основные размеры аппарата

Для Δх_ср аналогично.

Интеграл в знаменателе называется числом единиц переноса и обозначается n_оу или n_ох

Число единиц переноса:

Характеризует изменение рабочей концентрации фазы, приходящееся на единицу движущей силы.

Определение числа единиц переноса

Метод графического интегрирования. Задаваясь рядом значений у между у_Н и у_К строят кривую зависимость 1/(у – у^*) от у. Измеряют площадь, ограниченной кривой, крайними ординатами, соответствующими у_Н и у_К и осью абсцисс. После этого находит величину искомого интеграла с учетом масштабов М₁ и М₂.

Число единиц переноса можно найти и простым графическим методом. Если рабочая линия прямая, а равновесная на всех участках соответствующих одной единице переноса, является прямой или имеет малую кривизну.

АВ = ВС, АС = 2АВ, АСD «ступенька», состоящая из двух отрезков выражающих изменение концентрации фаз: горизонтальный отрезок АС (фаза Ф_х) вертикальный СD (фаза Ф_у). Вертикаль КЕ, проведенная через точку В, изображает среднюю движущую силу на данном участке аппарата, в котором происходит изменение рабочей концентрации изображенными линиями АС и СD.