Материальный и тепловой балансы абсорбции

29.01.2021
Процессы и аппараты. Тема 3.
ПОВТОРИМ ПРОЙДЕННЫЙ МАТЕРИАЛ
Абсорбцией называется процесс поглощения газа или пара жидким поглотителем (абсорбентом).
Обратный процесс - выделение поглощенного газа из поглотителя — называется десорбцией.
В промышленности абсорбция с последующей десорбцией широко применяется для выделения из газовых смесей ценных компонентов (например, для извлечения из коксового газа аммиака, бензола и др.).
Для очистки технологических и горючих газов от вредных примесей (например, при очистке их от сероводорода), для санитарной очистки газов (например, отходящих газов от сернистого ангидрида).

29.01.2021
Процессы и аппараты. Тема 3.
В некоторых случаях десорбцию не проводят, если извлекаемый компонент и поглотитель являются дешевыми или отбросными продуктами.
или если в результате абсорбции получается готовый продукт (например, соляная кислота при абсорбции хлористого водорода водой).
Производство серной кислоты – последний этап - абсорбция оксида серы концентрированной серной кислотой.
Производство азотной кислоты, последняя стадия производства – абсорбция водой.

29.01.2021
Процессы и аппараты. Тема 3.
Условие равновесия по закону Генри
Растворимость газов в жидкостях зависит от свойств газа и жидкости, от температуры и парциального давления растворяющегося газа (компонента) в газовой смеси.
Зависимость между растворимостью газа и его парциальным давлением характеризуется законом Генри, согласно которому равновесное парциальное давление р* пропорционально содержанию растворенного газа в растворе X (в кг/кг поглотителя)
здесь Е - коэффициент пропорциональности, имеющий размерность давления и зависящей от свойств растворенного газа и поглотителя и от температуры.

29.01.2021
Процессы и аппараты. Тема 3.
Условие равновесия по закону Генри
Растворимость многих газов значительно отклоняется от закона Генри.
Это относится главным образом к хорошо растворимым газам, образующим растворы высокой концентрация,
При низких концентрациях раствора закон Генри обычно хорошо соблюдается.
Равновесное парциальное давление р* -пропорционально содержанию растворенного газа в растворе X (в кг/кг поглотителя)

29.01.2021
Процессы и аппараты. Тема 3.
Условие равновесия по закону Генри
Для практических расчетов пользуются полученными из опыта значениями равновесного парциального давления газа р* и вычисляют равновесное содержание абсорбируемого компонента в газовой смеси Y* по формуле:
(в кг/кг инертного газа)
Здесь Мк и Мн молекулярные массы абсорбируемого компонента и инертного газа;
Р общее давление газовой смеси.

29.01.2021
Процессы и аппараты. Тема 3.
Материальный баланс абсорбера
Материальный баланс абсорбера характеризуется уравнением:
G - количество инертного газа, кг/сек;
L - количество поглотителя, кг/сек;
Y - содержание компонента в газовой фазе, кг/кг инертного газа;
X - содержание компонента в жидкой фазе, кг/кг поглотителя.

29.01.2021
Процессы и аппараты. Тема 3.
Материальный баланс абсорбера
Величина l, определяемая по уравнению
является удельным расходом поглотителя (кг/кг инертного газа).
При полном извлечении компонента из газа его содержание в газовой фазе на выходе из абсорбера было бы Y2 = 0, а количество поглощенного G Y1 компонента составило бы X2
Отношение количества фактически поглощенного компонента к количеству поглощаемому при полном извлечении, называется степенью извлечения;

29.01.2021
Процессы и аппараты. Тема 3.
Материальный баланс абсорбера
Степень извлечения:

29.01.2021
Процессы и аппараты. Тема 3.
Тепловой баланс абсорбера
Если абсорбция ведется без отвода тепла или с неполным его отводом, температура повышается вследствие выделения тепла при растворении газа в жидкости
Повышение температуры ведет к повышению равновесного парциального давления компонента и к сдвигу линии равновесия вверх.
Движущая сила при этом уменьшается и условия абсорбции ухудшаются.

29.01.2021
Процессы и аппараты. Тема 3.
Тепловой баланс абсорбера
Количество выделяющегося при абсорбции тепла составляет:
где Ф — дифференциальная теплота растворения (дж/кг), т. е. количество тепла, выделяющегося при поглощении 1 кг компонента в растворе данной концентрации;
М — количество поглощенного компонента, кг/сек.
Если абсорбция ведется без отвода тепла, можно считать, что все выделяющееся тепло идет на нагревание жидкости:
где с — удельная теплоемкость жидкости, дж/кг • град;
t1 и t2 — температуры жидкости на выходе из абсорбера и на входе в него.