Адсорбция (стр. 2 из 2)

Ординату У* некоторой точки О' на кривой равновесия, соответствующую составу жидкости X, можно найти, если известна температура tпри данном составе жидкости.Для этого необходимо составить уравнение теплового баланса для части адсорбционного аппарата, расположенной выше некоторого произвольного сечения с концентрациями X и У жидкости и газа соответственно:

(XI, 18)

q-фференциальная теплота растворения газа, кдж/кмоль; М' - количество газа, поглощенного в рассматриваемой части абсорбера, кмоль/сек; L- расход абсорбента, Кмоль/сек; с - теплоемкость жидкости, кжд/(кмольград); t- температура жидкости в данном сечении, °С; tн- начальная температура жидкости, °С, : М' = L(Х - Х_н), то

(XI, 19)

Задаваясь рядом произвольных значений Xв интервале между известными величинами Хн и Х_к, с помощью уравнения (XI, 19) вычисляют t. По опытным данным находят соответствующие значения У* и строят линию равновесия (по точкам О₁, 0_2.

5. Скорость процесса

Скорость физической абсорбции. Скорость процесса абсорбции характеизуется уравнением (X, 46), если движущую силу выражают в концентрациях газовой фазы

И уравнением (X, 46а), если движущая сила выражается в концентрациях жидкой фазы

В этих уравнениях коэффициенты массопередачи К_уи К_хопределяются, согласно уравнениям (X, 47) и (X, 48), следующим образом:

В г -коэффициент массоотдачи

от потока газа к поверхности контакта фаз; в ж- коэффициент массоотдачи от поверхности контакта фаз к потоку жидкости.

Как уже отмечалось, для хорошо растворимых газов величина т незначительна и мало также диффузионное сопротивление

В жидкой фазе. 1/в ж > т/в жи можно принять, что Ку = в_г.

Для плохо растворимых газов можно пренебречь диффузионным сопротивлениемгазовой фазе (в этом случае значения т и в_г велики). Отсюда

1/в ж > т/в ж и можно полагать, что К_ж ~ в_ж.

В уравнении (X, 46) мольные концентрации газовой фазы могут быть замещены парциальными давлениями газа, выраженными в долях общего давления. Тогда

(XI, 20)

Если лини равновесия является прямой, то средняя движущая сила процесса, по аналогии с уравнением (X, 54) выражается уравнением

где ∆рб = Рн - Рк. и ∆р_м = р_к- рн - движущая сила на концах абсорб.аппарата; р_ии р_к- парциальные давления газа на входе в аппарат и выходе из него, Рк*и Рн* - равновесные парциальные давления газа на входе в аппарат и выходе из него.

Если парциальное давление выражено в долях общего давления Р, то коэффициенты массопередачи К_ри К_учисленно равны друг другу. Если же парциальные давления выражены в единицах давления,то

I

6. Конструкции абсорберов

Абсорбция протекает на поверхности раздела фаз. По способу образования поверхности раздела фаз абсорберов можно разделить на 4 группы:

- плёночные

- насадочные

- тарельчатые

- распыливающие.

Пленочные. Вместо труб могут быть плоские листы. Пакет листовой насадки из различного материала. Допускаемая скорость воздуха W=3-6 м/с. Далее начинается захлёбывание (подвисание плёнки) аппарата. Δр аппарата – небольшие.

Насадочные. Вместо труб могут быть плоские листы. Пакет листовой насадки из различного материала. Допускаемая скорость воздуха W=3-6 м/с. Далее начинается захлёбывание (подвисание плёнки) аппарата. Δр аппарата – небольшие.

Тарельчатые абсорберы. ТА – вертикальные цилиндрические колонны, внутри которых на определённом расстоянии друг от друга на высоте колонны размещаются горизонтальные перегородки – тарелки. Тарелки служат для развития поверхности контакта фаз, жидкость течёт сверху вниз, а газ проходит снизу вверх. Процесс массопереноса идёт ступенчато. По способу слива жидкости с тарелками абсорберы бывают:

- со сливными устройствами

- без сливных устройств (неорганизованный слив жидкости).

Распыливающие абсорберы.Эти абсорберы подразделяют на следующие группы:

1) полые (форсуночные);

2) скоростные прямоточные;

3) механически распыливающие.

7. Насадочные абсорберы

Рис. 5

Они наиболее широко распространены в промышленности. Газ оттесняет жидкость к периферии. Поэтому насадки используются секциями высотой до 4D.

Насадки – твёрдые тела различной формы. Жидкость в насадочной колонне течёт по элементу насадки в виде тонкой плёнки. При перетекании жидкости с одного элемента на другой плёнка жидкости разрушается и далее образуется вновь. Часть жидкости проходит вниз в виде струек, капель и брызг.

Основные характеристики насадок:

1) удельная поверхность а (

/ );

2) свободный объём ε (

/ );

3) свободное сечение S (

/ ).

Обычно принимают S = ε.

Рис. 6 - 1 – сухой аппарат, 2 – орошаемый аппарат

Первый режим - Плёночный режим (до А) – наблюдается при небольших плотностях орошения и малых W газа. А – точка подвисания жидкости.

Второй режим – режим подвисания (торможения), после точки А повышение Wг приводит к подтормаживанию жидкости газовым потоком. Поэтому Wж уменьшается и количество удерживаемой жидкости увеличивается, течение жидкости нарушается, возникают вихри, брызги, поэтому F увеличивается и увеличивается интенсивность процесса массопередачи. Этот режим заканчивается в точке В.

Третий режим – режим эмульгирования. Увеличение Wг приводит к накоплению жидкости в аппарате. При этом наступает инверсия фаз – жидкость становится дисперсионной средой, газ – дисперсной фазой. Образуется газожидкостная дисперсная система, по внешнему виду похожая на пену. Режим эмульгирования соответствует максимальной эффективности насадочных колонн. При этом резко возрастает

аппарата (отрезок ВС). Поддерживать этот режим затруднительно. По скорости газа режим очень узок.

Четвертый режим – режим уноса (с→), жидкость уносится из аппарата газовым потоком. В технике этот режим не используется.

Равномерное распределение газа по сечению аппарата.

Насадки должны иметь как можно больше а, кроме того, они должны:

- хорошо смачиваться орошаемой жидкостью;

- больше e и S;

- обладать большой механической прочностью, стойкостью;

- иметь невысокую стоимость.

8. Схема абсорбционной установки

абсорбер баланс равновесие насадка

Абсорбционная установка (рис. 7) предназначена для проведения процесса абсорбции хлористого водорода из смеси с воздухом водой при противоточном движении фаз. Она состоит из насадочного абсорбера, линии подачи газовой смеси и абсорбента, контрольно-измерительной и регулирующей аппаратуры. Абсорбер 1 работает при противоточном движении фаз и представляет собой колонный аппарат D=100 мм и высотой 2530 мм.

Абсорбер состоит из восьми секций. В верхней секции размещены каплеотбойник и распределитель жидкости. Шесть секций заполнены насадкой из керамических колец Рашига размером 15x15x2. Удельная поверхность насадки а=200 м²/м\ доля свободного объема насадки V_св=0.71 м³/м³, суммарная высота слоя насадки Н=1500 мм. Каждая из секций снабжена распределителем жидкости. В нижней секции собраны узел подачи газа и узел гидрозатвора для отвода жидкости. Вода подается в верхнюю часть абсорбера, стекает по насадкеи через узел гидрозатвора 2 сбрасывается в канализацию. Расход воды регулируется вентилем 3. Газовая смесь подается в нижнюю часть абсорбера, проходит через насадку, каплеотбойник и сбрасывается в атмосферу. Расход газа регулируется вентилем 4. Давление и температура в абсорбере измеряются при помощи датчиков 5 и 6 соответственно. Начальная и конечная концентрации хлористого водорода в газе измеряются с помощью датчика 7. Выходные сигналы датчиков поступают на вторичный регистрирующий прибор 8.

|

Рис. 7 - Абсорбционная установка: 1 - колонна абсорбционная; 2 - гидрозатвор; 3, 4 - вентили; 5,6,7 -датчики давления, температуры и концентрации соответственно; 8 - регистрирующий прибор; 9 - переключатель