Математическое моделирование процесса абсорбции

Содержание

 

1. Введение            3
2. Теоретическая часть                    4
3. Постановка задачи, цель работы                 7
4. Текст программы          8
5. Результаты расчета                   10
6. Выводы             11

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Введение

 

Абсорбцией  называют процесс поглощения газов  или паров из газовых или парогазовых  смесей жидкими поглотителями (абсорбентами).

При физической абсорбции поглощаемый газ (абсорбтив) не взаимодействует химически с  абсорбентом. Если же абсорбтив образует с абсорбентом химическое соединение, то процесс называется хемосорбцией.

Физическая  абсорбция в большинстве случаев  обратима. На этом свойстве абсорбционных  процессов основано выделение поглощенного газа из раствора — десорбция.

Сочетание абсорбции  с десорбцией позволяет многократно  применять поглотитель и выделять поглощенный компонент в чистом виде. Во многих случаях проводить  десорбцию не обязательно, так как  абсорбент и абсорбтив представляют собой дешевые или отбросные  продукты, которые после абсорбции  можно вновь не использовать (например, при очистке газов).

В промышленности процессы абсорбции применяются  главным образом для извлечения ценных компонентов из газовых смесей или для очистки этих смесей от вредных примесей.

Абсорбционные процессы широко распространены в химической технологии и являются основной технологической  стадией ряда важнейших производств (например, абсорбция S0₃ в производстве серной кислоты; абсорбция НС1 с получением соляной кислоты; абсорбция окислов азота водой в производстве азотной кислоты; абсорбция NH₃, паров С₆Н₆, H₂S и других компонентов из коксового газа; абсорбция паров различных углеводородов из газов переработки нефти и т. п.). Кроме того, абсорбционные процессы являются основными процессами при санитарной очистке выпускаемых в атмосферу отходящих газов от вредных примесей (например, очистка топочных газов от S0₂; очистка от фтористых соединений газов, выделяющихся в производстве минеральных удобрений, и т. д.).

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2. Теоретическая часть.

Расчет процесса абсорбции.

Материальный  баланс абсорбера (рис.1)

  (2.1)

При абсорбции  выделяется тепло:

где V и L – усредненные потоки фаз;

- скрытая теплота конденсации.

Температура абсорбента на выходе:

где Q – величина промежуточного теплосъема, ккал;

   С – средняя теплоемкость абсорбента, ккал/кмоль⁰С.

Уравнение равновесия

Полагая , имеем

т.е.

Здесь - фактор абсорбции i-го компонента на j-ой ступени;

- удельный расход тощего абсорбента.

Подставив значения и из полученного уравнения в уравнение материального баланса j-ой ступени, имеем

Для абсорбента с 1-й теоретической тарелки 

где — концентрации компонента в исходном газе и тощем абсорбенте.

В общем случае     (2.2)

Часто расчеты ведут с использованием коэффициента извлечения :

где

Задавшись коэффициентом  , можно определить состав сухого газа

последовательным  приближением по уравнению (2.2) можно  определить необходимое число ступеней N.

При описании процесса абсорбции газа с малым содержанием извлекаемого компонента («тощего» газа) уравнение  упрощается:

получаемые  при допущении, что  постоянны по высоте аппарата.

Если  (в тощем абсорбенте отсутствует извлекаемый компонент), то

     . (2.3)

Фактор  абсорбции может быть определен  так:

Из  уравнения (2.3) следует, что значение возрастает с ростом N и А. На практике используют график Кремсера, соответствующий уравнению (2.3). По графику или уравнению (2.3), зная две величины из трех (A,N, ), определяют третью. Например, можно определить влияние давления, температуры, удельного расхода абсорбента, N и т. д.

       Особенностью уравнения и графиков является наличие перегибов (разрывов 1-го рода) функций в точке А=1,0. В таких случаях при расчете на ЭВМ поступают так:

где х* — точка разрыва.

Значение  для разных компонентов различны: обратно пропорциональны К. При постоянных расходах и N имеем

   (2.4)

Ключевой  — наиболее трудноизвлекаемый компонент  имеет наибольшее значение К. Обычно относительно этого компонента определяют остальные A_i.

График Кремсера (уравнение (2.3)) применяют  при расчете процесса абсорбции  «тощих» газов, когда потоки по высоте колонны меняются мало и выделяется незначительное количество тепла, т. е. температура меняется также незначительно.

Ниже приводится алгоритм расчета  процесса абсорбции.

Исходными данными являются:

 — расход и состав исходного газа, моль;

х_0i — состав «тощего» абсорбента, % моль;

- свойство ключевого компонента;

N— число ступеней;

Р — давление в системе, ата.

Требуется определить:

 V₁,y_1i — расход и состав сухого газа;

L_N,x_Ni - расход и состав насыщенного абсорбента;

L₀ - расход «тощего» абсорбента.

Последовательность расчета такова:

1. Ввод исходных данных.
2. Задают температуру сухого газа (на 2-10°С выше температуры );
3. Определяют К_i., i = 1,п при температуре Т_cp .
4. При заданных N и определяют А_кл. Затем A_i по уравнению (2.4).
5. Определяют остальные по уравнению (2.3).
6. Количество каждого поглощенного компонента , и рассчитывают расход сухого газа .
7. Покомпонентный расход сухого газа , .