Технологический расчет аппарата со ступенчатым контактом фаз.
Особенность процесса – существенная дискретная неоднородность удельной поверхности контакта фаз по высоте аппарата. Кроме того, в большинстве случаев для них не приемлемо допущение о параллельном движении фаз в режиме идеального вытеснения, которое использовалось при выводе основного уравнения массопередачи.
Рассмотрим схему проектного технологического расчёта массообменного аппарата со ступенчатым контактом фаз на примере тарельчатой колонны с противоточным движением газовой и жидкой фаз (рис.1.10).
Расход жидкой фазы , его конечная концентрация, диаметр аппарата и скорости движения фаз и определяется также, как и для аппарата с непрерывным контактом фаз.
Рис. 1.10. Изменение концентраций фаз по высоте тарельчатой колонны (а) и схема тарелки (б)
Высоту колонны можно связать с числом тарелок N и межтарельчатым расстоянием :
(1.62)
Величина , являясь одним из параметров оптимизации, в первом приближении может определяться из условия максимально допустимого уноса капель газовым потоком. Для различных типов тарелок имеются соотношения связывающие величину уноса с и скоростью газовой фазы .Обычно допускают 0,1 кг жидкости на 1 кг газа.
Основная задача – определение N, обеспечивающих необходимый перенос распределяемого компонента из одной фазы в другую. Для этого вводится понятие эффективности тарелки по Мэрфри (кпд тарелки) , характеризующее степень достижения равновесия между уходящими с тарелки фазами:
(1.63)
где - концентрация распределяемого компонента в газовой фазе, равновесная с уходящим с l-ой тарелки потоком жидкости. Аналогичным образом можно найти , используя концентрации жидкой фазы.
Если , то такую тарелку называют теоретической. Т.е. имеем такой объём аппарата, концентрация распределяемого вещества на выходе из которого равна равновесной концентрации на входе в него: . В этом объёме аппарата происходит процесс полного (теоретического) обмена распределяемого вещества между обеими фазами.
Следует отметить, что при этом составы фаз рассматриваются в различных сечениях аппарата ( - над l-ой тарелкой, - под ней). Таким образом, в любом поперечном сечении аппарата равновесие не достигается , иначе отсутствовала бы движущая сила массопередачи.
Рассмотрим различные способы определения число тарелок N.
Потарелочный расчёт колонны.
Это аналитический метод определения N основан на решение уравнений материального баланса, равновесия и использования эффективности по Мэрфи для каждой тарелки.
Для нижней тарелки под номером 1составы фаз известны .
Рассмотрим вторую тарелку. Запишем необходимые уравнения:
уравнение равновесия , (1.64)
уравнение Мэрфри , (1.65)
уравнение рабочей линии , (1.66)
Итак нашли составы фаз для тарелки 2. Далее, также для 3 тарелки и т.д.
Для тарелки имеем:
(1.67)
(1.68)
(1.69)
Расчёт заканчивается при значении l, для которого начинает выполняться условие , при этом число тарелок N=l. Поскольку число тарелок в аппарате может достигать сотни и более, данный алгоритм необходимо реализовать на компьютере.
Для ориентировочных расчётов, выполняемых вручную, используют упрощенные графические способы нахождения числа тарелок.
Определение числа тарелок с помощью кинетической кривой.
Эффективность по Мэрфри рассчитывается не для каждой тарелки, а лишь для нескольких сечений колонны, аналитическое решение уравнений (1.64-1.69) заменяется графическим.
Алгоритм действий следующий:
— строятся рабочая и равновесная линии;
— для нескольких сечений аппарата (нескольких рабочих концентраций ; ; ) рассчитываются эффективности по Мерфри
—находят величины.
(1.70)
— на диаграмме х – у наносятся точки и т.д. Соединяя их получим кинетическую кривую.
— из точки спускаемся по лестнице до тех пор, пока для точки не выполнится условие . На этом построение заканчивается, необходимое число тарелок в колонне .
Таким образом, аналитическое решение заменяется графическим определением число ступеней лестницы.
Рис.1.11. Определение числа тарелок с помощью кинетической кривой:
1 – рабочая линия, 2 – равновесная линия, 3 – кинетическая кривая.
Определение числа тарелок с помощью кпд колонны
Кпд колонны:
(1.71)
где - теоретическое число тарелок, N – действительное число тарелок. Величина находится из опыта. Найти опытным путём достаточно сложно. Необходимы данные по идентичной колонне.
Алгоритм действий следующий:
- аналитическим или графическим способом определяется .
- по известным эмпирическим формулам рассчитывается к.п.д. колонны .
- по формуле (1.71) находят необходимое .
АБСОРБЦИЯ.
Абсорбцией называется процесс избирательного поглощения газов или паров из газовых или парогазовых смесей жидким поглотителем – абсорбентом. Если поглощаемый газ – абсорбтив – химически не взаимодействует с абсорбентом, то такая абсорбция физическая,
если же абсорбтив образует с абсорбентом химическое соединение, то такой процесс называется хемосорбцией.
Физическая абсорбция обратима, выделение поглощаемого газа из раствора – десорбция. Сочетание абсорбции и десорбции позволяют многократно использовать поглотитель и выделять поглощённый газ в чистом виде. Инертный газ – компонент газовой смеси не переходящий границу раздела фаз.
Абсорбция применяется:
- для получения готового продукта (абсорбция в производстве серной кислоты, абсорбция HCl, оксидов азота водой в производстве азотной кислоты);
- для выделения ценных компонентов из газовых смесей (абсорбция бензола из коксового газа, абсорбция ацетилена из газов крекинга или пиролиза природного газа и т.д.), при этом абсорбцию проводят в сочетании с десорбцией;
- для очистки газовых выбросов от вредных примесей;
- для осушки газов.
Дата добавления: 2016-05-25; просмотров: 1090;