Получение этилена из нефти и газа - Клименко А.П.
Скачать (прямая ссылка):
Изменение поглотительной способности растворителя по отношению к двум компонентам в зависимости от давления и температуры определяется значениями относительной летучести этих компонентов
(IV. 19)
»
Процессы абсорбции и десорбции всегда сопровождаются тепловыми эффектами: выделением тепла при абсорбции и поглощением при десорбции. Значение этих тепловых эффектов зависит от свойств поглотителя и поглощаемого компонента. Теплоты абсорбции одних углеводородов другими соизмеримы с теплотами конденсации абсорбируемых компонентов.
При нагреве поглотителя в процессе абсорбции растворимость газа в нем уменьшается. В уравнении закона Генри р = Ex коэффициент пропорциональности E с ростом температуры увеличивается; это означает, что для создания одной и той же концентрации х компонента в растворе необходимо увеличивать давление р.
Зависимость коэффициента E от температуры может быть выражена следующим приближенным соотношением:
где Qi — дифференциальная теплота абсорбции, равная количеству тепла, выделяющемуся при растворении 1 кг-мол компонента в бесконечно большом количестве раствора, в ккал/моль; R — газовая постоянная абсорбируемого компонента в ккал/моль град; T — абсолютная температура в °К; С — константа интегрирования.
В качестве первого приближения рассмотрим процесс изотермической абсорбции газа из бинарной смеси. Сырье, состоящее из компонентов А и В, в количестве F АВ молей с концентрацией целевого компонента ув [концентрация компонента А равна (1 —ув) ] подается в среднюю часть колонны противотоком к / молям поступающего с верха колонны тощего поглотителя, не содержащего целевого компонента. Компонент В, который необходимо сконцентрировать в кубовой жидкости колонны, должен лучше растворяться в поглотителе, чем компонент А. Поэтому концентрация компонента В в поглотителе будет увеличиваться в направлении сверху вниз.
Основными величинами, характеризующими процесс абсорбции являются относительная летучесть а компонентов А и В и коэффициент циркуляции поглотителя I (число молей поглотителя, необходимое для растворения 1 моля газа). Для неизотермической абсорбции эти константы изменяются по высоте колонны в связи с изменением температур и концентраций компонентов в газе и поглотителе. В обычных условиях абсорбции упругостью паров поглотителя можно пренебречь.
Пусть у — молярная доля легкого компонента в жидкой фазе, а ж — молярная доля того же компонента в газах, растворенных в поглотителе. Молярная доля легкого компонента в жидкой фазе определяется из соотношения:
E = е
(IV. 20)
Количественные соотношения процесса абсорбции
= х
1 + 1
(IV. 21)
Цо закону Генри для легкого компонента:
^ = VTtT- (JV-22)
А для тяжелого компонента:
Коэффициент разделения (численно равный относительной летучести) можно выразить соотношением:
w.2v
Число молей поглотителя I, необходимое для растворения 1 моля газа, выражается так:
где кв — константа равновесия целевого (тяжелого) компонента; а — коэффициент разделения.
Минимальная работа разделения определяется соотношением [104].
кУмин = FRT -^1-, (IV. 26)
где F — количество питания в молях; R — универсальная газовая постоянная в кг м/моль °К; T — температура процесса абсорбции в °К.
Энергетические расходы на процесс абсорбции определяются в первую очередь количеством циркулирующего абсорбента
L^=AkV, (IV. 27)
где А — фактор извлечения, являющийся функцией степени извлечения и числа тарелок; к — константа фазового равновесия «ключевого» компонента; V — объем остаточного газа в нм3.
Из физических свойств абсорбента, влияющих на потребное количество циркулирующего в системе абсорбента, следует указать на отношение удельного веса к молекулярному М. Чем выше это отношение, тем выше поглотительная способность абсорбента. Кроме того, физические свойства сорбента оказывают влияние на его потери с остаточным газом и на расходы энергии при регенерации абсорбента.
Методика расчета абсорбционно-отпарных колонн обычно основывается на работах Крейсера [105], Саудерса и Броуна, Арона или на видоизменении этой методики расчета для конденсационно-отпарных колонн, предложенной М. П. Малковым и др. [108].
Рассмотрение случая идеально четкого разделения дает наиболее верную характеристику относительной трудности разделения. В связи с особенностью работы абсорбционно-отпарной колонны, характеризующейся дополнительным потоком газа из отпарной секции колонны, при проведении расчета на данное извлечение ф следует брать извлечение ф', определяемое по соотношению [110]
Ф' = ф|^б; (IV. 28)
6 = -?-' (IV-29)
где кп — константа равновесия ведущего компонента по извлечению в условиях отпарки; Jc0 — константа равновесия ведущего компонента по отпарке в условиях отпарки.
При использовании этой методики в расчете абсорбционно-от-парных колонн, помимо собственно абсорбента, следует учитывать в качестве абсорбента некоторое количество растворенного в абсорбенте газа. Следовательно, количество абсорбента вычисляется так:
