Размещено на http://www.allbest.ru/

Содержание

Введение

1. Технологическая схема серной кислоты методом двойного контактирования

2. Описание абсорбционного отделения сернокислотного производства

3. Особенности работы и конструкции абсорберов

4. Физико-химические основы процесса

5. Технологические расчеты

Заключение

Список использованных источников



Введение

В ряде процессов переработки сульфидных руд при производстве цинка, меди, свинца, никеля образуется обжиговые газы содержащие сернистый ангидрид. По существующим требованиям экологических природоохранных органов, необходимо утилизировать серу для предотвращения выброса вредных серосодержащих соединений оказывающих негативное воздействие на экосистему. В настоящие время большинство технологических процессов утилизации содержания серы в газах предусматривают либо нейтрализацию известковым молоком или содой либо получение товарного продукта серной кислоты, наиболее массовым продуктом химической технологии.

Технология получения серной кислоты предусматривает процессы очистки газов, каталитического окисления сернистого ангидрида до серного, с последующей абсорбцией серного ангидрида в абсорберах с получением товарной серной кислоты или олеума. Данная технология предусматривает несколько этапов абсорбции из за чего абсорберы являются одним из основных агрегатов сернокислотного производства.

Целью настоящего курсового проекта является разработка проекта олеумного абсорбера для улавливания серного ангидрида из отходящих газов обжигового производства.

Для достижения цели курсового проекта, в ходе работы необходимо выполнить следующие задачи:

- выполнить анализ процессов абсорбции в технологии производства серной кислоты; олеумный абсорбер сернокислотный газ

- изучить теоретические основы процесса абсорбции серного ангидрида;

- провести технологические расчеты абсорбции серного ангидрида олеумом для получения товарной технической серной кислоты.



1. Технологическая схема серной кислоты методом двойного контактирования

1 - печь; 2 - система гидроудаления огарка; 3 - котел-утилизатор; 4 - циклон с пересыпным устройством; 5 - сухой электрофильтр; 6 - полая промывная башня; 7 - насадочная промывная башня; 8,9 - мокрые электрофильтры; 10 - сушильная башня; 11 - фильтр-брызгоуловитель; 12 - турбогазодувка; 13 - теплообменники контактного узла; 14 - контактный аппарат; 15 - пусковой подогреватель; 16 - теплообменник; 17 - второй моногидратный абсорбер; 18 - сборник кислоты; 19 - холодильник; 20 - первый моногидратный абсорбер; 21 - олеумный абсорбер; 22 - холодильник воздушного охлаждения кислоты

Рисунок 1 Технологическая схема производства серной кислоты из сульфида цинка методом двойного контактирования

Процесс начинается с печи (1), где сжигается сырье, образуя газ, содержащий диоксид серы. После чего газ проходит через систему гидроудаления огарка (2), которая удаляет остатки твердых частиц из газа. После системы гидроудаления огарка, газ проходит через котел-утилизатор (3), где часть энергии газа используется для производства пара, после чего газ проходит через циклон с пересыпным устройством (4), где происходит первичное отделение твердых частиц. После этого газ проходит через сухой электрофильтр (5), мокрый электрофильтр (8) и насадочную промывную башню (7), где происходит удаление твердых частиц и очистка газа от пыли и примесей. После этого газ поступает в сушильную башню (10), где он сушится перед тем, как пройти через фильтр-брызгоуловитель (11) и турбогазодувку (12), которые удаляют оставшиеся капли жидкости и обеспечивают необходимое давление для продолжения процесса.

Далее газ проходит через теплообменники контактного узла (13), контактный аппарат (14) и пусковой подогреватель (15), где происходит окисление диоксида серы до триоксида серы. Триоксид серы затем поглощается в абсорберах (20, 21, 17) с образованием серной кислоты, которая собирается в сборнике кислоты (18) и охлаждается в холодильнике (19) 1.

2. Описание абсорбционного отделения сернокислотного производства

В абсорберах серная кислота извлекает из газовой смеси только триоксид серы, остальная часть газа, пройдя абсорберы, удаляется в атмосферу. Обычно S0₃ поглощается в двух последовательно соединенных абсорберах: в первом -- олеумном и во втором -- моногидратном.

Из контактного отделения газ поступает в ангидридный холодильник, а затем в олеумный абсорбер. Поглощая серный ангидрид, олеум нагревается за счет тепла реакции образования H₂S0₄. Горячий концентрированный олеум вытекает из абсорбера в сборник, сюда же добавляется необходимое количество моногидрата для разбавления. Из сборника олеум перекачивается через трубчатый холодильник (или холодильник другого типа) на орошение абсорбера. Часть олеума непрерывно передается на склад или используется для получения концентрированной кислоты.

Газ из олеумного абсорбера поступает в моногидратный абсорбер, орошаемый 98,3%-ной серной кислотой (моногидрат). При поглощении триоксида серы кислота нагревается и концентрация ее повышается. Из абсорбера моногидрат стекает в сборник, куда для разбавления добавляется кислота из сушильной башни или вода. Горячая кислота из сборника перекачивается для охлаждения в оросительный холодильник и вновь поступает на орошение моногидратного абсорбера. Часть моногидрата непрерывно передается в олеумный сборник и, в сушильную башню. Газы из моногидратного абсорбера проходят фильтр для выделения брызг и тумана серной кислоты и выводятся в атмосферу 2.

Для выпуска всей продукции в виде стандартного олеума доля триоксида серы, поглощаемого в олеумном абсорбере, должна составлять 31% всего количества S0₃. В действительности, в олеумном абсорбере поглощается до 70% SO₃. Вследствие этого уменьшается нагрузка на моногидратный абсорбер, но в нем образуется меньше серной кислоты, чем требуется для разбавления, олеума и поддержания его заданной концентрации. Чтобы предотвратить нарушение установленного режима абсорбции, часть олеума направляют в сборник моногидрата и разбавляют сушильной кислотой или водой до концентрации моногидрата 3.

Основной показатель работы абсорбционного отделения - полнота абсорбции SO₃. При оптимальном режиме моногидратного абсорбера отходящие газы практически прозрачны, в них содержатся только следы серной кислоты. При концентрации кислоты, орошающей моногидратный абсорбер, менее и более 98,3% H₂SO₄ образуется туман и отходящие газы становятся видимыми. В моногидратном абсорбере туман образуется также при повышенной влажности газа. Обычно в газе после сушильных - башен остается 0.01% водяных паров. Поскольку в газе после контактного аппарата содержится большое количество SО₃, то при охлаждении газа пары воды полностью, превращаются в пары H₂SO₄, концентрация которых составляет также 0,01%, или 0,437 г/м³.

Пары серной кислоты конденсируются на поверхности насадки абсорбера. При очень низкой температуре орошающей кислоты или при повышенной влажности газа (содержание серной кислоты в газе более 0,437 г/м³) часть паров серной кислоты конденсируется в объеме с образованием тумана, который не осаждается в абсорберах и выбрасывается в атмосферу 4.

При отсутствии ангидридных холодильников и высокой температуре газа на выходе в абсорбер газовая фаза может обогащаться парами серной кислоты из-за местного перегрева олеума в олеумном абсорбере и испарения кислот. В таких случаях содержание сернокислотного тумана в отходящих газах повышается.

В абсорбционном отделении установлена специализированная аппаратура для проведения процессов абсорбции 4.

Олеумный (первый) абсорбер. Газ из контактных аппаратов поступает в олеумный абсорбер, который представляет собой скруббер с насадкой, выполненный в виде стального вертикального цилиндра. В нижней части его расположена колосниковая решетка, на которую укладывают насадку (стальные и керамические кольца).

На старых заводах стенки абсорбера футерованы кислотоупорным кирпичом, а колосниковая решетка смонтирована из андезитовых или других кислотоупорных плит. На новых контактных заводах стальные стенки олеумного абсорбера не футерованы, колосниковая решетка смонтирована из стальных балок.

Для равномерного распределения кислоты по насадке абсорбера применяются различные устройства и приспособления - стальные плиты, в которые вставлены стальные или фарфоровые трубки, распределительные желоба, распылители и др. На новых контактных заводах устанавливают стальные распределители кислоты, по конструкции аналогичные устройствам для распределения сушильной кислоты.

Поскольку даже для выпуска всей продукции в виде олеума только 1/3 триоксида серы должна поглощаться в олеумном абсорбере, поверхность соприкосновения в нем газа с орошающим олеумом может быть небольшой, вследствие чего на некоторых заводах устанавливают олеумные абсорберы без насадки. Необходимая поверхность соприкосновения газа с жидкостью создается путем разбрызгивания олеума.

Размеры олеумного абсорбера и количество олеума, подаваемого на орошение, зависит от производительности сернокислотной системы. Обычно на 1 т/ч продукции требуется поверхность насадки в абсорбере от 600 до 1000 м² при скорости газа в насадке до 1 м/с и плотности орошения 10-12 м³/м² сечения олеумного абсорбера 5.

Моногидратный абсорбер. Устроен так же, как сушильная башня орошается 98,3%-ной серной кислотой. В абсорбере кислота поглощает SO₃ и концентрация ее повышается. В сборнике моногидрата кислота разбавляется водой или сушильной кислотой до, начальной концентрации и через холодильник вновь поступает на орошение моногидратного абсорбера; плотность орошения составляет около 20м³/ч.

На некоторых установках олеумный абсорбер подключен к моногидратному абсорберу в шунт. В этом случае газ после ангидридного холодильника разделяется на два потока, один из которых направляется непосредственно в моногидратный абсорбер, а второй вначале поступает в олеумный абсорбер, а из него в моногидратный. Такая схема позволяет включать в работу олеумный абсорбер только в тех случаях, когда необходимо выпускать олеум 5.

Смесители кислоты. При добавлении воды к концентрированной кислоте (олеуму или моногидрату) можно получить кислоту любой концентрации. При смешении концентрированной серной кислоты с водой выделяется большое количество тепла, возможно бурное выделение паров и выброс раствора из сосуда, поэтому кислоту смешивают с водой в специальных аппаратах, называемых смесителями, соблюдая соответствующие меры предосторожности 5.

Смесители для приготовления кислоты низкой концентрации выполняются из кислотостойкого материала, для приготовления концентрированной кислоты - из чугуна.

При выпуске товарной продукции в виде технической контактной кислоты ее обычно выводят из сушильных башен. Для этого в одной из сушильных башен поддерживают концентрацию кислоты, соответствующую стандартным требованиям на контактную техническую серную кислоту, и по мере накопления ее передают из сборника на склад. В таких случаях в абсорбционном отделении (где происходит разбавление) выделяется значительно больше тепла, чем при выпуске олеума, поскольку моногидрат приходится разбавлять водой 6.

3. Особенности работы и конструкции абсорберов

Абсорбция, как и другие процессы массопередачи, протекает на поверхности раздела фаз. Поэтому абсорбционные аппараты должны обеспечивать развитую поверхность контакта между жидкой и газовой фазами. Как следствие, основная классификация абсорберов производится по способу образования этой поверхности (рис. 2) 7.



Рисунок 2 Классификация абсорберов

Трубчатый плёночный абсорбер. В плёночных абсорберах поверхностью контакта фаз является поверхность жидкости, текущей по твёрдой вертикальной стенке. К этому виду аппаратов относятся: трубчатые абсорберы, абсорберы с плоскопараллельной или листовой насадкой, абсорберы с восходящим движением плёнки жидкости. Из вышеперечисленных абсорберов наиболее распространены трубчатые абсорберы (рис. 3), которые по устройству аналогичны кожухотрубчатому теплообменнику.

Абсорбент поступает на верхнюю трубную решётку, распределяясь по трубам 2 и стекает по их внутренней поверхности в виде тонкой плёнки. Газ движется по трубам снизу вверх навстречу стекающей жидкой плёнке. В случае необходимости отвода теплоты при экзотермической абсорбции в межтрубное пространство абсорбера подают охлаждающую воду.

Достоинства плёночного трубчатого абсорбера:

1) низкое гидравлическое сопротивление, по сравнению с насадочными и тарельчатыми;

2) высокая движущая сила благодаря структуре потоков, близкой к МИВ;

3) возможность отвода теплоты.

Недостатки плёночного трубчатого абсорбера:

1) трудности с осуществлением равномерного распределения жидкости по трубам в виде плёнки;

2) низкая площадь поверхности контакта фаз, делающая использование этих абсорберов весьма редким 7.

Полый распыливающий абсорбер. Полые (форсуночные) распыливающие абсорберы представляют собой полые колонны (рис. 4). В этих абсорберах газ движется снизу вверх, а жидкость подаётся через расположенные в несколько горизонтальных рядов форсунки с направлением факела распыла обычно сверху вниз.

Достоинства полых распыливающих абсорберов:

1) простота устройства и низкая стоимость;

2) низкое гидравлическое сопротивление по газовой фазе, по сравнению с другими типами абсорберов.



1 - корпус; 2 - трубки; 3 - сегментные перегородки; 4 - гидрозатвор

Рисунок 3 Трубчатый плёночный абсорбер

1 - корпус; 2 - форсунки; 3 - гидрозатвор

Рисунок 4 Полый распыливающий абсорбер

Недостатки полых распыливающих абсорберов:

1) невысокая площадь поверхности контакта фаз, отнесённая к объёму аппарата, и, как следствие, громоздкость;

2) высокий расход энергии на распыление жидкости;

3) брызгоунос при высоких скоростях газа;

4) снижение движущей силы из-за возникновения обратного перемешивания, и, как следствие, невысокая степень разделения 7.

Абсорбер Вентури. Скоростные прямоточные распыливающие абсорберы отличаются тем, что в случае прямотока процесс можно проводить при высоких скоростях газа, причём вся жидкость уносится с газом и отделяется от него в сепарационном пространстве. К этому типу аппаратов относится абсорбер Вентури (рис.5). Основной частью абсорбера является труба Вентури. Жидкость поступает в конфузор, течёт в виде плёнки и в горловине распыляется газовым потоком. Затем жидкость газовым потоком выносится в диффузор, в виде мелких капель, создающих поверхность контакта фаз. Отделение капель от газа происходит в сепараторе.

Достоинства абсорбера Вентури:

1) простота конструкции;

2) работа при высоких расходах газовой фазы

Недостатки абсорбера Вентури:

1) разделяющая способность вследствие прямотока фаз ограничена возможностью лишь однократного достижения равновесия между фазами;

2) малая площадь поверхности контакта фаз на единицу объёма аппарата;

3) сравнительно высокое гидравлическое сопротивление 8.

Насадочный плёночный абсорбер. Насадочные абсорберы, работающие в плёночном режиме (рис.6), получили наибольшее распространение в промышленности. Эти абсорберы представляют собой полые колонны, заполненные насадкой, которая уложена на опорные решётки. Для улучшения равномерности орошения насадки и предотвращения разрушения хрупких элементов насадки под её весом насадку укладывают слоями.

1-конфузор; 2 - горловина; 3 - диффузор; 4 - сепаратор; 5 - гидрозатвор

Рисунок 5 Абсорбер Вентури с плёночным орошением

Каждый слой опирается на свою опорную решётку, а между слоями установлены перераспределительные тарелки. Жидкость в насадочной колонне течёт по элементам насадки в виде тонкой плёнки, поэтому площадь поверхности контакта фаз примерно равна площади смоченной поверхности насадки. Газ подаётся в колонну снизу и движется вверх через свободный объём насадки, контактируя со стекающей плёнкой жидкости.

Достоинства насадочного плёночного абсорбера:

1) относительно большая площадь поверхности контакта фаз, по сравнению с плёночными трубчатыми и полыми распыливающими абсорберами;

2) низкое гидравлическое сопротивление, по сравнению с тарельчатыми абсорберами;

3) высокая коррозионная стойкость контактных элементов;

4) более простая и менее металлоёмкая конструкция по сравнению с тарельчатыми аппаратами;

5) высокая движущая сила благодаря малому продольному перемешиванию.

Недостатки насадочного плёночного абсорбера:

1) меньшая поверхность контакта фаз, по сравнению с тарельчатыми барботажными колоннами, и, как следствие, большие объёмы аппаратов;

2) плохое смачивание насадки при малых расходах жидкой фазы;

3) сложность отвода теплоты при экзотермическом эффекте абсорбции.

1 - корпус; 2 - распределительная тарелка; 3 - сегменты насадки; 4 - опорные решётки; 5 - перераспределительные тарелки; 6 - люки для загрузки насадки; 7 - люки для выгрузки насадки; 8 - гидрозатвор

Рисунок 6 Насадочный плёночный абсорбер

Эмульгационный абсорбер с затопленной насадкой. В насадочных аппаратах при больших расходах газовой фазы происходит инверсия фаз. До этого сплошной фазой была газовая, а жидкая фаза была дисперсной (распределённой по насадке в виде плёнки). При инверсии происходит обращение фаз - сплошной фазой становится жидкая, а газовая фаза переходит в дисперсное состояние (распределяясь в жидкости в виде пузырьков) 7.

После инверсии фаз насадка переходит в режим эмульгирования. В свободном объёме насадки образуется газожидкостная дисперсная система, по внешнему виду напоминающая барботажный слой (пену).

Режим эмульгирования начинается в самом узком сечении насадки, плотность засыпки которой всегда имеет некоторую неравномерность. Путём тщательного регулирования подачи газа режим эмульгирования может быть установлен по всей высоте насадки. Данный режим отличается высоким гидравлическим сопротивлением. Кроме того, режим эмульгирования сложно поддерживать, поскольку мал интервал изменения скоростей газа, при которых режим сохраняется. Всё это резко ограничивает применение режима эмульгирования на практике. Режим эмульгирования соответствует максимальной эффективности насадочных колонн преимущественно вследствие увеличения площади поверхности контакта фаз, которая в этом режиме определяется не поверхностью насадки, а межфазной поверхностью образующейся газожидкостной дисперсии, заполняющей весь свободный объём насадки. В насадочных колоннах без специальных устройств поддерживать режим эмульгирования очень трудно, так как мал интервал изменения скоростей газа, при котором колонна работает в этом режиме. Поэтому разработана специальная конструкция эмульгационной насадочной колонны (рис. 7), в которой насадка погружена в жидкость - затоплена 9.

Достоинства эмульгационного абсорбера с затопленной насадкой:

1) высокая движущая сила благодаря незначительному продольному перемешиванию из-за наличия насадки;

2) возможность работы в широком интервале расходов фаз (возможность работы при низком расходе жидкой фазы является преимуществом перед насадочными плёночными абсорберами, при низком расходе газовой фазы - перед тарельчатыми абсорберами).

Недостатки эмульгационного абсорбера с затопленной насадкой:

1) высокое гидравлическое сопротивление;

2) сложность отвода теплоты в случае высокого экзотермического эффекта абсорбции.

1 - корпус; 2 - насадка; 3 - опорная решётка; 4 - сетка, фиксирующая насадку; 5 - газораспределительная тарелка; 6 - гидрозатвор; 7 - люк для загрузки насадки; 8 - люк для выгрузки насадки

Рисунок 7 Эмульгационный абсорбер с затопленной насадкой

Тарельчатый абсорбер. В тарельчатых абсорберах поверхность контакта фаз больше, чем у других абсорберов. Однако для абсорбера большую роль играет его гидравлическое сопротивление, при высоком его значении энергетические затраты на транспортировку газа становятся недопустимо большими. Высокое гидравлическое сопротивление тарельчатых абсорберов ограничивает их применение. Поэтому из всех тарельчатых аппаратов наибольшее распространение в качестве абсорберов получили аппараты с провальными решетчатыми тарелками (рис. 8), гидравлическое сопротивление которых не столь велико. Абсорбер с провальными решетчатыми тарелками - это противоточный аппарат со ступенчатым контактом фаз, где поверхность контакта фаз образуется за счёт барботажа газа через слой жидкости на тарелках.

Достоинства абсорбера с провальными решетчатыми тарелками:

1) большая поверхность контакта фаз на единицу объёма аппарата;

2) возможность работы при небольших расходах жидкости, в отличие от насадочных плёночных абсорберов;

3) возможность отвода теплоты путём установки на тарелках трубчатки, по которой движется охлаждающая вода.

Недостатки абсорбера с провальными решетчатыми тарелками:

1) высокое гидравлическое сопротивление (ниже, чем у других тарелок, но выше, чем у насадки, работающей в плёночном режиме);

2) невозможность работы при низких расходах газовой фазы из-за того, что при низком расходе газа жидкость не удерживается на тарелке, стекая через отверстия, и барботажный слой не образуется 9.



1 - корпус; 2 - тарелки; 3 - люки для обслуживания; 4 - гидрозатвор

Рисунок 8 Абсорбционная колонна с решетчатыми тарелкам Физико-химические основы процесса

Последней стадией процесса производства серной кислоты контактным способом является абсорбция серного ангидрида из газовой смеси и превращение его в серную кислоту.

nSO₃ + H₂O = H₂SO₄ + (n-1) SO₃+Q (1)

если n>1, то получается олеум (раствор SO₃ в H₂SO₄);

если n=1, то получается моногидрат (98,3% H₂SO₄);

если n<1, то получается разбавленная серная кислота.

При выборе абсорбента и условий проведения стадии абсорбции необходимо обеспечить почти 100%-ное извлечение SO₃ из газовой фазы. Для полного извлечения SO₃ необходимо, чтобы равновесное парциальное давление SO₂ над растворителем было ничтожно малым, так как при этом будет велика движущая сила процесса абсорбции. Однако, в качестве абсорбента нельзя использовать и такие растворы, над поверхностью которых велико равновесное парциальное давление паров воды. В этом случае еще не растворенные молекулы SO₃ будут реагировать с молекулами воды в газовой фазе с образованием паров серной кислоты и быстро конденсироваться в объеме с образованием мельчайших капель серной кислоты, диспергированных в инертной газовой среде - азоте, т.е. с образованием сернокислотного тумана:

SO₃(г) + H₂O(г) H₂SO₄(г) H₂SO₄(туман) Q>0 (2)

Туман плохо улавливается в обычной абсорбционной аппаратуре и в основном уносится с отходящими газами в атмосферу, при этом загрязняется окружающая среда и возрастают потери серной кислоты 10.

Высказанные соображения позволяют решить вопрос о выборе абсорбента. Оптимальным абсорбентом является 98,3%-ная серная кислота (техническое название - моногидрат), соответствующая азеотропному составу. Действительно, над этой кислотой практически нет ни паров воды, ни паров SO₃. Протекающий при этом процесс можно условно описать уравнением реакции:

SO₃ + nH₂SO₄ + H₂O= (n+1) H₂SO₄ (3)

Использование в качестве поглотителя менее концентрированной серной кислоты может привести к образованию сернокислотного тумана, а над 100%-ной серной кислотой или олеумом в паровой фазе довольно велико равновесное парциальное давление SO₃, поэтому он будет абсорбироваться не полностью. Однако если в качестве одного из продуктов процесса необходимо получить олеум, можно совместить абсорбцию олеумом (1-й абсорбер) и абсорбцию 98,3%-ной серной кислотой (2-й абсорбер).

В принципе при высоких температурах над 98,3%-ной серной кислотой может быть значительным парциальное давление паров самой кислоты, что также будет снижать степень абсорбции SO₃. Ниже 100 ^оС равновесное давление паров H₂SO₄ очень мало и поэтому может быть достигнута практически 100%-ная степень абсорбции.

Таким образом, для обеспечения высокой степени поглощения следует поддерживать в абсорбере концентрацию серной кислоты, близкую к 98,3%, а температуру ниже 100 ^оС. Однако в процессе абсорбции SO₃ происходит закрепление кислоты (повышение ее концентрации) и в силу экзотермичности реакции увеличивается температура. Для уменьшения тормозящего влияния этих явлений абсорбцию ведут так, чтобы концентрация H₂SO₄ при однократном прохождении абсорбера повышалась только на 1-1,5%, закрепившуюся серную кислоту разбавляют в сборнике до концентрации 98,3%, охлаждают в наружном холодильнике и вновь подают на абсорбцию, обеспечивая высокую кратность циркуляции 11.

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.

При абсорбции содержание газа в растворе зависит от свойств газа и жидкости, давления, температуры и состава газовой фазы (парциального давления растворяющегося газа в газовой смеси) 12.

Для системы газ-жидкость переменными являются температура, давление и концентрация в обеих фазах. Следовательно, в состоянии равновесия при постоянных температуре и общем давлении зависимость между парциальным давлением газа А (или его концентрацией) и составом жидкой фазы однозначна. Эта зависимость выражается законом Генри: парциальное давление РА растворенного газа пропорционально его мольной доле хА в растворе:



р*A = ExA (4)

или растворимость газа (поглощаемого компонента А) в жидкости при данной температуре пропорциональна его парциальному давлению над жидкостью:

(5)

где р*A - парциальное давление поглощаемого газа, находящегося в равновесии с раствором, имеющим концентрацию хА (в мол. долях);

х*А - концентрация газа в растворе (в мол. долях), равновесном с газовой фазой, в которой парциальное давление поглощаемого компонента равно рА;

Е - коэффициент пропорциональности, называемый коэффициентом, или константой Генри.

Числовые значения коэффициента Генри для данного газа зависят от природы поглотителя и газа и от температуры, но не зависят от общего давления в системе 13.

Принимая расходы фаз по высоте аппарата постоянными, и выразив содержание поглощаемого газа в относительных мольных концентрациях, получаем уравнение материального баланса абсорбции:

G (YH - YK) = L (XK - XH) (6)

где G - расход инертного газа, кмоль/сек;

YH и YK - начальная и конечная абсорбтива в газовой смеси, кмоль/кмоль инертного газа;

L - расход абсорбента, кмоль/сек;

ХН и ХК - концентрации кмоль/кмоль абсорбента.

Из этого уравнения следует, что общий расход абсорбента (в кмоль/сек):

(7)

а его удельный расход (в кмоль/кмоль инертного газа):

(8)

Это уравнение можно переписать так:

YH - YK = l(XK- XH) (9)

Последнее уравнение показывает, что изменение концентрации в абсорбционном аппарате происходит прямолинейно и, следовательно, в координатах Y-X рабочая линия процесса абсорбции представляет собой прямую с углом наклона, тангенс которого равен l = L/G.

Абсорбция является одним из видов процесса массопередачи, который характеризуется переходом одного или нескольких веществ из одной фазы в другую. Процесс массопередачи включает процессы массоотдачи в пределах каждой из двух взаимодействующих фаз и, кроме того - процесс переноса распределяемого вещества через поверхность раздела фаз. Основное уравнение массопередачи, определяющее количество М вещества, переносимого из фазы в фазу в единицу времени, выражают следующим образом:

М = KyF(y - y*) (10)

M = KxF(x* - x) (11)

где у*, x* - равновесные концентрации в данной фазе, соответствующие концентрациям распределяемого вещества в основной массе (ядре) другой фазы;

...