يغير تكثيف البخار في المنبع تغذية الممتص قبل بدء الامتصاص. عندما يتم تبريد خليط غاز ساخن في مبادل حراري في المنبع، يتحول البخار القابل للتكثيف إلى سائل ويغادر الطور الغازي. وبالتالي، يستقبل الممتص تدفق غاز إجمالي أقل، ووزنًا جزيئيًا متوسطًا مختلفًا، وتركيزات معدلة للمذاب، لذا يجب تحديث ميزانية المواد، ونسبة الغاز إلى السائل، وكفاءة الإزالة، وحسابات التحجيم الخاصة به.

يجب أن يعتمد توازن الممتص على الغاز المتبقي بعد التكثيف، وليس على تغذية الغاز الساخن الأصلية. احسب الكمية المتكثفة عند ظروف مخرج المبادل الحراري، وأزلها من تيار الطور الغازي، ثم حوّل تدفق الغاز المتبقي إلى درجة حرارة وضغط تشغيل الممتص.

لماذا يغير التكثيف تغذية الممتص

التكثيف يزيل المواد من الطور الغازي

عند درجة حرارة وضغط مخرج المبادل الحراري، قد يتجاوز المكون القابل للتكثيف ضغط بخاره التوازني. وتغادر الكمية الزائدة الطور الغازي كسائل.

لإجراء حساب بسيط، يتم تحديد الكمية المتكثفة من كمية البخار الداخل والبخار المتبقي عند ظروف توازن المخرج:

[ n_{\text{condensed}} = n_{\text{vapor,in}} - n_{\text{vapor,out}} ]

يجب أن تستند كمية بخار المخرج إلى درجة حرارة وضغط مخرج المبادل الحراري، بدلاً من الاعتماد على تركيب المدخل فقط.

ينخفض التدفق المولي الكلي للغاز

تدفق الغاز بعد التبريد هو:

[ n_{\text{gas,out}} = n_{\text{gas,in}} - n_{\text{condensed}} ]

هذا التدفق المخفض هو تغذية الغاز الفعلية للممتص، بافتراض إزالة السائل المتكثف قبل دخول العمود.

قد يكون التغيير جوهريًا عندما يحتوي الغاز الأصلي على كمية كبيرة من بخار الماء أو مكون حامل آخر قابل للتكثيف.

إعادة تطبيع تركيب الغاز

تؤدي إزالة السائل من أحد المكونات إلى تغيير كسرها المولي في الطور الغازي وتغيير التركيز النسبي لكل مكون متبقٍ في الغاز.

بالنسبة للمكون (i):

[ y_{i,\text{absorber}} = \frac{n_{i,\text{gas,out}}} {n_{\text{gas,out}}} ]

هذا يعني أنه لا يمكن الحصول على تركيب تغذية الممتص ببساطة عن طريق نقل الكسور المولية للمدخل الأصلي إلى المصب.

كيفية إجراء التوازن المتسلسل

ابدأ بمدخل الغاز الساخن

حدد تيار المدخل على أساس ثابت، مثل الكيلومول في الساعة:

[ n_{\text{in}} = n_{\text{condensable,in}} + n_{\text{absorber-solute,in}} + n_{\text{inert,in}} ]

قد يكون مذاب الممتص أمونيا، أو غازًا حمضيًا، أو نوعًا آخر متفاعلًا كيميائيًا. تبقى الغازات الخاملة والمكونات غير القابلة للتكثيف عمومًا في الطور الغازي أثناء التبريد العادي في المنبع.

حدد البخار المتبقي بعد التبريد

استخدم درجة حرارة وضغط مخرج المبادل الحراري لتحديد كمية البخار القابل للتكثيف التي يمكن أن تبقى في حالة توازن مع الطور السائل.

بالنسبة للماء، على سبيل المثال، لا يمكن أن يتجاوز الضغط الجزئي لبخار المخرج ضغط التشبع عند درجة حرارة المخرج عندما يكون الماء السائل موجودًا:

[ p_{\text{water}} = y_{\text{water}}P ]

إذا تجاوز الضغط الجزئي المحسوب ضغط التشبع، يحدث التكثيف حتى يتم استيفاء حالة التوازن.

في التصميم الأكثر دقة، قد يتطلب الحساب بيانات توازن البخار والسائل لخليط الغاز الكامل، خاصة عند وجود الأمونيا أو الغازات الحمضية أو الأنواع القابلة للذوبان الأخرى.

أزل السائل المتكثف

تتم إزالة الكمية المتكثفة من تيار الغاز:

[ n_{\text{liquid}} = n_{\text{condensed}} ]

ثم تُستخدم كميات مكونات الطور الغازي المتبقية كمدخل للممتص. يمكن أيضًا تحويل معدل ناتج السائل إلى تدفق كتلي:

[ \dot{m}{\text{liquid}} = n{\text{liquid}}MW_{\text{liquid}} ]

قد يكون هذا السائل غنيًا بالماء، ولكنه يمكن أن يحتوي أيضًا على مذاب الممتص المذاب أو المحمول.

أعد حساب متوسط الوزن الجزيئي

يتغير متوسط الوزن الجزيئي للغاز بعد التكثيف:

[ \overline{MW}_{\text{gas}} = \sum_i y_iMW_i ]

يؤثر هذا على تحويل التدفق الكتلي، وكثافة الغاز، والسرعة السطحية، وحسابات المعدات.

الحساب الذي يحتفظ بمتوسط الوزن الجزيئي الأصلي بعد إزالة مكون بخار رئيسي يمكن أن ينتج معدلات تدفق كتلي وحجمي غير متسقة.

حوّل تدفق الغاز إلى ظروف الممتص

يجب تعديل تدفق الغاز الداخل إلى الممتص من أساس مخرج المبادل الحراري إلى ظروف تشغيل الممتص:

[ \dot{V}_{2} = \dot{V}{1} \left(\frac{T{2}}{T_{1}}\right) \left(\frac{P_{1}}{P_{2}}\right) ]

بالنسبة للغازات غير المثالية، قم بتضمين تصحيح عامل الانضغاطية:

[ \dot{V}_{2} = \dot{V}{1} \left(\frac{T{2}}{T_{1}}\right) \left(\frac{P_{1}}{P_{2}}\right) \left(\frac{Z_{2}}{Z_{1}}\right) ]

يجب أن تكون درجات الحرارة مطلقة، ويجب أن تستخدم الضغوط أساسًا مطلقًا متسقًا.

كيف يتأثر توازن الممتص

يبدأ توازن مادة جانب الغاز عند حالة تغذية جديدة

بالنسبة لمذاب منتقل من الغاز إلى السائل:

[ n_{\text{solute,in}} = n_{\text{solute,out}} + n_{\text{solute,absorbed}} ]

يجب أن يمثل مصطلح المدخل تدفق المذاب بعد التكثيف في المنبع. إذا ظل المذاب نفسه غازيًا، فقد يكون تدفقه المولي المطلق غير متغير تقريبًا، لكن كسره المولي يرتفع عند إزالة كمية أكبر من بخار الحامل.

تتغير نسبة الغاز إلى السائل

تعتمد نسبة الغاز إلى السائل في الممتص على تدفق الغاز المعدل وتدفق الممتص السائل الفعلي:

[ \frac{G}{L} = \frac{\text{تدفق الغاز الداخل للممتص}} {\text{تدفق الممتص السائل}} ]

عادة ما يقلل التكثيف من (G)، ما لم يتم دمج المكثف عمدًا مع سائل الممتص. هذا يغير خط التشغيل ويمكن أن يؤثر على معدل دوران المذيب المطلوب.

قد يزداد أو ينقص تركيز المذاب

إذا تكثف فقط بخار حامل مثل الماء، فإن الغاز المتبقي يحتوي على كسر مولي أعلى من المذاب غير القابل للتكثيف. هذا يمكن أن يزيد من تحميل المذاب الظاهري الداخل إلى الممتص على الرغم من أن التدفق المولي المطلق للمذاب لم يتغير.

إذا تكثف المذاب أيضًا، أو ذاب في المكثف، أو تمت إزالته عن طريق الحمل، فإن تدفقه المولي في الطور الغازي ينخفض. يجب أن يتضمن توازن الممتص بعد ذلك تلك الإزالة في المنبع بشكل صريح.

يمكن أن يتغير تحجيم الممتص

يؤثر تدفق الغاز على قطر العمود من خلال سرعة الغاز السطحية وحدود الفيضان. يقلل حجم الغاز الأقل عمومًا من مساحة المقطع العرضي المطلوبة، ولكن تركيز المذاب المعدل وقوة الدفع الديناميكية الحرارية قد تغير ارتفاع التعبئة، أو متطلبات الصواني، أو دوران المذيب، أو احتياجات إزالة الحرارة.

لذلك، فإن أساس التحجيم الصحيح هو تدفق الغاز وتركيبه عند مدخل الممتص، وليس حالة الغاز الساخن الأصلية.

التفاعل مع أداء المبادل الحراري

يساهم التكثيف في الحمل الحراري

عندما يتكثف البخار، يزيل المبادل الحراري كلاً من الحرارة المحسوسة والحرارة الكامنة:

[ Q = Q_{\text{sensible}} + Q_{\text{latent}} ]

المساهمة الكامنة هي تقريبًا:

[ Q_{\text{latent}} = n_{\text{condensed}}\Delta H_{\text{vap}} ]

تجاهل هذا المصطلح يمكن أن يقلل من تقدير حمل التبريد المطلوب ويشوه درجة حرارة المخرج القابلة للتحقيق.

يجب مراعاة مخرج السائل

قد ينتج المبادل الحراري طورين للمخرج: غاز مبرد ومكثف. يلزم وجود فاصل في المصب، أو أسطوانة تفريغ، أو مصرف مصمم بشكل صحيح إذا لم يكن من المقصود دخول المكثف إلى الممتص.

إذا حدث حمل سائل، فإن تغذية الممتص ليست تيار غاز جاف. يجب أن يتضمن التوازن السائل الداخل إلى العمود وأي مذاب مذاب يحتويه.

يؤثر التكثيف على قياسات المحطة التجريبية

قد تبلغ عدادات التدفق عن التدفق عند ظروف مرجعية مختلفة، بينما قد تستخدم قياسات الغاز الرطب والغاز الجاف أسسًا مختلفة. يمكن أن يؤدي التكثيف بين نقاط القياس إلى تناقضات ظاهرة ما لم يتم وضع كل تيار على نفس الأساس من درجة الحرارة والضغط والرطوبة.

بالنسبة للعمل التجريبي، سجل درجة حرارة مخرج المبادل الحراري، والضغط، ومعدل المكثف، وأساس تدفق الغاز، وما إذا كان الغاز المقاس رطبًا أم جافًا.

فهم المقايضات

افتراض إزالة كل البخار القابل للتكثيف

التبريد تحت درجة حرارة تشبع المكون لا يعني بالضرورة الإزالة الكاملة. يحتفظ غاز المخرج بكمية البخار التوازنية ما لم يقم مكثف أو فاصل أو خطوة تجفيف إضافية بإزالتها.

استخدم حالة توازن المخرج لحساب البخار المتبقي.

معاملة المكثف كمذيب نقي

يمكن أن يحتوي المكثف على أمونيا ممتصة، أو غاز حمضي، أو أملاح مذابة، أو قطرات محمولة. معاملته كماء نقي قد تبالغ في تقدير تدفق المذاب الذي يصل إلى الممتص وتقلل من تركيز ناتج السائل.

قم بتحليل أو تقدير تركيب المكثف عندما يكون المذاب عالي الذوبان أو التفاعل.

استخدام التركيب الحجمي بدون أساس متسق

الكسور المولية على أساس رطب، والكسور المولية على أساس جاف، والتدفق الحجمي الفعلي، والتدفق الحجمي القياسي ليست قابلة للتبادل. خلط هذه الأسس يمكن أن يبطل موازين المبادل الحراري والممتص.

قم بإجراء توازن المواد بالوحدات المولية أولاً، ثم حوّل إلى كتلة أو حجم عند الظروف المطلوبة.

افتراض أن التكثيف يحسن دائمًا أداء الممتص

يمكن أن يقلل تدفق الغاز الأصغر من حجم العمود وطلب المذيب، ولكن التركيز الأعلى للمذاب يمكن أن يزيد من التحميل المحلي ويغير قوة دفع الامتصاص. يمكن أن يؤدي التكثيف أيضًا إلى مشاكل الانسداد، أو التآكل، أو الفيضان، أو توزيع السائل إذا لم يتم فصل السائل وإدارته بشكل صحيح.

يجب تقييم معدات المصب باستخدام كل من معدل التدفق المعدل والتركيب المعدل.

تجاهل تأثيرات درجة حرارة الممتص

قد يعمل الممتص عند درجة حرارة مختلفة عن مخرج المبادل الحراري. يمكن أن تتغير الذوبانية، وتوازن التفاعل، وضغط البخار، وحجم الغاز بين هذه المواقع.

لذلك يجب أن يبدأ توازن الممتص بظروف مدخل الممتص الفعلية، بما في ذلك أي إعادة تسخين، أو تبريد إضافي، أو تبخر، أو إضافة سائل بين الوحدات.

كيفية تطبيق ذلك على محطتك التجريبية

استخدم حسابًا متسلسلًا يتبع المسار المادي للتيار من المبادل الحراري إلى الممتص.

إذا كان تركيزك الأساسي هو حمل المبادل الحراري: احسب البخار المتكثف من حالة توازن المخرج وقم بتضمين حرارته الكامنة في توازن حمل التبريد.
إذا كان تركيزك الأساسي هو تحجيم الممتص: أزل المكثف، وأعد حساب التدفق المولي والحجمي للغاز عند ظروف الممتص، واستخدم هذا التدفق المعدل للتصميم الهيدروليكي.
إذا كان تركيزك الأساسي هو إزالة المذاب: تتبع المذاب في الغاز والمكثف وسائل الممتص بشكل منفصل بحيث لا يُنسب الذوبان أو التكثيف في المنبع بشكل غير صحيح إلى الممتص.
إذا كان تركيزك الأساسي هو مواءمة بيانات المحطة التجريبية: عبّر عن كل قياس على أساس مولي ودرجة حرارة وضغط وأساس رطب/جاف متسق قبل مقارنة التيارات.
إذا كان تركيزك الأساسي هو استرداد ناتج السائل: قم بقياس أو تقدير تركيب المكثف وقم بتضمين أي مذاب ممتص مذاب في توازن ناتج السائل.

يبدأ تصميم الممتص الموثوق به بالتيار الذي يصل فعليًا إلى الممتص بعد التكثيف في المنبع، وليس بتغذية الغاز الساخن الأصلية.

جدول الملخص:

المجال	تأثير التكثيف في المنبع	الإجراء المطلوب
تدفق الغاز	ينخفض التدفق المولي الكلي للغاز	أزل البخار المتكثف قبل حساب تغذية الممتص
تركيب الغاز	قد تزداد الكسور المولية للمذاب المتبقي	أعد حساب تركيب الطور الغازي
الوزن الجزيئي	يتغير متوسط الوزن الجزيئي للغاز	حدث التدفق الكتلي والكثافة والسرعة
نسبة الغاز إلى السائل	قد يتغير تدفق الغاز وطلب المذيب	أعد حساب خط التشغيل ومعدل المذيب
تحجيم الممتص	قد تتغير متطلبات القطر أو ارتفاع التعبئة أو الصواني	استخدم التدفق والتركيب عند ظروف مدخل الممتص
حمل المبادل الحراري	يضيف التكثيف حمل حرارة كامنة	قم بتضمين الحرارة المحسوسة والكامنة في التوازن
إدارة السائل	قد يحتوي المكثف على مذاب مذاب أو قطرات محمولة	استخدم فاصلًا وتتبع تركيب المكثف
قياسات المحطة التجريبية	يمكن أن تشوه الاختلافات في الرطب/الجاف والظروف المرجعية النتائج	وائم جميع التيارات على أساس مولي متسق

هل تحتاج إلى بيانات موثوقة للمحطات التجريبية للمبادلات الحرارية وممتصات المواد الكيميائية؟ اتصل بـ LABPARK لمناقشة تطبيقك. توفر LABPARK محطات تجريبية للعمليات الوحدوية التعليمية والمهنية للجامعات ومعاهد البحوث والمؤسسات، بما في ذلك الهندسة الكيميائية، والعمليات الحيوية والتكنولوجيا الحيوية، وأنظمة المعالجة البيئية ومعالجة المياه. تساعدك معداتنا على تقييم التكثيف، وفصل الطور، والامتصاص، والحمل الحراري، ونسب الغاز إلى السائل، وسلوك التوسع في ظروف تشغيل محكومة. اعمل مع LABPARK لاختيار تكوين عملي، وتحسين نتائج التدريب والبحث، وإنشاء بيانات عملية يمكن الاعتماد عليها للتصميم والتحسين واستكشاف الأخطاء وإصلاحها.