ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Расчет числа теоретических ступеней из "Основные процессы и аппараты химической технологии" Для изотермических процессов равновесие между фазами является только функцией их состава. В этом случае расчет числа теоретических ступеней, необходимых для осуществления того или иного процесса, заключается в последовательном, от ступени к ступени определении концентраций фаз, выходящих из теоретических ступеней, с помощью уравнений (III. И) и уравнений внутреннего материального баланса (рабочих линий). В основе расчета лежит модель аппарата со ступенчатым контактом фаз, причем каждая ступень считается теоретической. [c.44] Состав ЖИДКОСТИ, стекающей со второй ступени, находят по уравнению рабочей линии. Из условия равновесия находят состав газа, уходящего со второй ступени, а из материального баланса для второй ступени определяют расход уходящего с нее газа, а также расход и состав жидкости, стекающей с третьей ступени. [c.45] Последовательный расчет расходов и составов фаз для всех ступеней продолжается до тех пор, пока концентрация распределяемого компонента в газе не станет равной (или меньшей) его конечной концентрации. Номер этой ступени равен минимальному числу теоретических ступеней п ., при котором может быть достигнута заданная степень извлечения при данном расходе абсорбента. Если составы фаз выражаются в кг/м или кмоль/м , то при численном расчете необходимо находить плотности фаз на всех ступенях. [c.45] Последовательность расчетных операций, показанную на рис. П1.2, часто выполняют графически, строя ступенчатую линию между рабочей линией и линией равновесия (см. рис. 1П.З). Графический метод менее точен, однако позволяет при большом числе теоретических ступеней произвести расчет гораздо быстрее. Численный метод может быть ускорен благодаря применению ЭВМ. [c.45] Пример 1. Абсорбцию ггяров я-гекс,чна из смеси с метаном предполагается производить парафинистым поглотительным маслом, содержащим 1 мол. % гексана. Концентрация гексана в исходной смеси 18 мол %, ее расход 0,1 кмоль/с. Определить а) максимально возможную степень извлечения б) необходимое число теоретических ступеней прн степени извлечения х = 0,956 и расходе абсорбента 0,07 кмоль/с. Расчет числа теоретических ступеней провести численно и графически. [c.45] Принять, что вследствие охлаждения абсорбция будет протекать приблизительно в изотермических условиях прн 25 °С и при нормальном давлении. Абсорбцией метана и испарением поглотительного масла пренебречь. [c.45] Таким образом, при выражении концентраций в мольных долях равновесное распределение гексана описывается уравнением (III.2), в котором /п= 0,1991, тпо = 0. [c.45] Число теоретических ступеней определим по схеме, показанной на рис. III.2, проводя последовательный расчет составов и расходов фаз начиная с первой по ходу газа ступени. [c.45] Составление материального баланса для первой ступени закончат. Определены составы и расходы поступающих па нее и выходящих с нее флз. Переходим ко второй ступени. [c.45] Эта концентрация несколько меньше конечной концентрации в газе, которую требуется достичь в данном случае. Следовательно, для задапЕЮй степени извлечения гексана достаточно двух теоретических ступеней. [c.45] Для построения рабочей линии достаточно найти координаты двух ее точек Хн, Ук и Ун- Иэ уравнения (1П.4) находим Л н = 0,0101, Г = 0,0096 и А к = 0,258, Кн = = 0,220 кмоль/кмоль ин-комп. Графическое определение числа теоретических ступеней при использовании относительных мольных концентраций показано на рис. 111.3, б. [c.46] Величины у и X являются координатами рабочей линии прн выражении составов в мольных долях. Построение рабочей и равновесной линий (рис. III, 3 а) и проведение между ними ступенчатой линии приводят к тому же результату, что и численный расчет для осуществления данного процесса необходим аппарат, эквивалентный приблизительно двум теоретическим ступеням. [c.46] Примером процесса, который, часто протекает в неизотермических условиях, является абсорбция. Возможная схема расчета степени извлечения при заданном числе теоретических ступеней в условиях неизотермической абсорбции приведена на рис. 111.4. При этом методе расчета сначала задаются конечным составом (или степенью извлечения) и температурой выходящего газа. Затем по уравнениям материального и теплового баланса находят конечные параметры абсорбента. Далее проводят последовательный расчет расходов, составов и температур для всех ступеней (на рис. III.4, как и на рис. 111.1, б, отсчет ступеней ведется снизу — от входа газа). Полученные значения конечной концентрации и температуры газа сравнивают со значениями, которыми задались в начале расчета. Если расхождение значительно, расчет повторяют. Каждую новую итерацию можно начинать, принимая степеР1Ь извлечения и конечную температуру газа равными соответствующим значениям, полученным в предыдущей итерации. [c.46] Пример 2. Определить степень извлечения гексана в аппарате, эквивалентном двум теоретическим ступеням, для процесса абсорбции, описанного в примере 1, но протекающего в адиабатических условиях. Начальные температуры газа и абсорбента принять равными 25 °С, Теплоемкость поглотительного масла 300 кДж/(кмоль-К). [c.46] Как видно из результатов расчета, при проведении данного процесса абсорбции в аппарате, эквивалентном двум теоретическим ступеням, в адиабатических условиях конечная концентрация гексана в газе составила 0,02461 мол. доли, что соответствует степени извлечения 88,5 %. Эта степень извлечения намного ниже достигаемой в изотермических условиях (см. пример 1). При этом абсорбент в апнарато нагревается до 44,3 °С, а газ — до 35 °С. [c.48] Таким образом, для достижения той же степени извлечения, что и в примере 1 (95,6 %), нужно несколько более трех теоретических ступеней. [c.48] Вернуться к основной статье