Парциальное давление растворяемого газа, соответствующее равновесию, может быть заменено равновесной концентрацией. Согласно закону Дальтона парциальное давление компонентов в газовой смеси равно общему давлению, умноженному на мольную долю этого компонента в смеси, т. е:

р= Пу; у=Р/П;

Где П- общее давление газовой смеси;

у - концентрация разделяемого компонента;

Сопоставляя уравнения, получаем:

у=Р/П=Е/Р*Х или у=mx;

где m=Е/Р - константа фазового равновесия.

В химической технике используют следующие принципиальные схемы абсорбционных установок:- прямоточные, противоточные, одноступенчатые с рециркуляцией и много ступенчатые с рециркуляцией.

Для извлечения аммиака из воздуха используем противоточную схему (рис.2.) по этой схеме в одном конце аппарата приводится в контакт газ и жидкость, имеющие большие концентрации распределяемого вещества, а в противоположном конце меньшие.

Рис.2 Противоточная схема абсорбции

3.3 Схема абсорбционной установки

Технологическая схема процесса абсорбции водой представлена на рис.3

1.- вентилятор (газодувка);

2.- абсорбер;

3.- брызгоотбойник;

4,6.- оросители;

5.- холодильник;

7.- десорбер;

8.- куб абсорбера;

9, 13- емкость для абсорбента;

10,12- насосы;

11.- теплообменник-рекуператор.

Газ на абсорбцию подается газодувкой (или компрессором) 1 в нижнюю часть абсорбера 2, где равномерно распределяется. Абсорбент из промежуточной емкости 9 насосом 10 подается в верхнюю часть колонны и равномерно распределяется по поперечному сечению абсорбера с помощью оросителя 4,6. В колонне осуществляется противоточное взаимодействие газа и жидкости. Газ после абсорбции выходит из колонны. Абсорбент стекает в промежуточную емкость 13, откуда насосом 12 направляется на регенерацию в десорбер 7 после предварительного подогрева в теплообменнике рекуператоре 11. Десорбция абсорбента производится в кубе 8. Перед подачей на орошение колонны абсорбент, пройдя теплообменник-рекуператор 11, дополнительно охлаждается в холодильнике 5.

3.4 Устройство абсорберов

При абсорбции процесс массопередачи протекает на поверхности раздела фаз. Поэтому в аппаратах для поглощения газов жидкостями (абсорберах) должна быть создана развитая поверхность соприкосновения между газом и жидкостью.

По способу образования этой поверхности абсорбционные аппараты можно разделить на поверхностные, барботажные и распиливающие. При выборе типа абсорбера необходимо в каждом конкретном случае исходить из физико-химических условий проведения процесса с учетом технико-экономических факторов.

Исходя из агрессивности среды, можно выбрать сетчатый тип тарелок. Область применения таких тарелок для процессов, протекающих при любом давлении и стабильных режимах. Диапазон устойчивости тарелок 2.

Колоны с тарелками без сливных устройств.

В тарелки без сливных устройств газ и жидкость проходят через одни и те же отверстия или щели. На тарелке одновременно с взаимодействием жидкости и газа путем барботажа происходит сток части жидкости на нижерасположенную тарелку – "проваливание" жидкости. Поэтому тарелки такого типа обычно называются провальными. К ним относятся дырчатые, решетчатые, трубчатые и волнистые тарелки.

Гидродинамический режим работы провальных тарелок.

Эти режимы можно на основе зависимости их гидравлического сопротивления от скорости газа при постоянной плотности орошения. При малых ω жидкость на тарелке не задерживается, так как мала сила трения между фазами. С увеличением скорости газа жидкость начинает накапливаться на тарелке и газ барбатирует сквозь жидкость. В интервале скорости газа, тарела работает в нормальном режиме. При этом газ и жидкость попеременно проходят через одни и теже отверстия. Если скорость газа еще больше возрастает, то, в следствии увеличения трения между газом и жидкостью, резко увеличивается накопление жидкости на тарелке и соответственно – ее гидравлическое сопротивление, что способствует наступлению состояния захлебывания.

3.5 Выбор рабочих условий процесса

В качестве поглотителя для данного процесса используем воду данный поглотитель не агрессивный, хорошо подвергается регенерации путем нагревания, поэтому нет необходимости использовать ингибиторы для предотвращения коррозии.

Для поглощения аммиака водой можно использовать давление 1,013∙105Па [6] так, как аммиак очень хорошо растворим в воде. Поэтому при данном давлении происходит полное улавливание аммиака, уменьшаются геометрические размеры аппаратов и оно является наиболее оптимальным, т.е. затраты на его создание эквивалентны степени очистки и количеству полученного в ходе процесса аммиака. Тогда при 18оС и Р=1,013∙10 5Па или 1 атм. Коэффициент распределения составит:

Где для системы - NH3 - H2O при 33оС.

P - давление процесса, Па

4. ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ

4.1 Материальный Баланс

Проведем пересчет концентраций и нагрузок по фазам в выбранную для расчета размерность[4.1.1]:

, [4.1.1]

Где — мольная доля аммиака в газе на входе в абсорбер, ;

— мольная масса аммиака,

— мольная масса воздуха, ;

Конечная концентрация аммиака в газе рассчитывается из регламентированной степени улавливания по формуле[4.1.2]

На основании технико-экономических расчетов коэффициент избытка поглотителя принимают равным:[4.1.3]

— коэффициент избытка поглотителя.

С учетом заданной степени регенерации абсорбера , определим концентрацию аммиака в регенерированном поглотителе по Ур-нию:[4.1.4]