Старк С.Б. - Газоочистные аппараты и установки в металлургическом производстве (1044944), страница 40
Текст из файла (страница 40)
Барботажные абсорберы в металлургии применяют очень редко; их расчет выходит за рамки программы настоящего курса и излагается в специальной литературе. Расход абсорбента определяют из уравнения материального баланса абсорбера (15.2). При этом конечной концентрацией поглощаемого газа в абсорбенте приходится задаваться исходя из того, что она должна быть меньше равновесной, вычисленной на основании закона Генри. Среднюю движущую силу процесса абсорбции определяют из уравнения (15.4). Движущие силы в начале и конце процесса находят по равновесным концентрациям, вычисленным на основании закона Генри.
Диаметр аппарата Р выбирают исходя из уравнения расхода, согласно которому о = а 4Г,/ (15.10) где У вЂ” расход газа через аппарат, м'/с; ш,— скорость, отнесенная к полному сечению аппарата, м/с. Скорость газа в абсорберах лимитируется ростом каплеуноса и гидравлического сопротивления. В полых аппаратах без каплеуловителей скорость обычно не превышает ! — 1,5 м/с, в насадочных абсорберах и полых абсорберах с каплеуловителями 5 — 5,5 м/с. Необходимый объем абсорбера или поверхность насадки определяют из уравнения массопередачи. Для полых распыли- вающих аппаратов уравнение массопередачи применяют в следующем виде: М = ~рУ.Лд.р, (15.11) где М вЂ” масса поглощенного компонента, кг/ч; У, — рабочий 192 объем абсорбера, мз; Луор — средняя движущая сила процесса абсорбции, Па; ()и — объемный коэффициент массопередачи, кг/(мз Па ч). Величина р» принимается на основании опытных данных, полученных по промышленным абсорберам, работающим в аналогичных условиях.
Для насадочных аппаратов необходимую поверхность насадки определяют из уравнения (15.6). Коэффициент абсорбции — массопередачи находят по номограмме или вычисляют по формуле (15.9). Необходимый объем насадки Уи рассчитывают по величине удельной поверхности насадки /, (табл. 15.2): Уо — — Р„//О. (15.12) Рабочую высоту абсорберов Н определяют на основании принятого диаметра и необходимого рабочего объема абсорбера или насадки: Н = 4У,/я0з. (15.13) Для полого абсорбера величина Н представляет собой высоту расположения нижнего пояса форсунок, для насадочного абсорбера — толщину слоя насадки. Гидравлическое сопротивление полых абсорберов невелико и в зависимости от плотности орошения составляет 0,2 — 0,4 кПа.
В насадочных абсорберах основным является гидравлическое сопротивление насадки, которое может быть подсчитано по формуле Л р = "ьтозр,Н/2, (15.14) где Н вЂ” толщина слоя насадки, м; ь — коэффициент сопротивления, который принимают в соответствии с данными табл. !5.2. Контрольные вопросы 1. Как протекает процесс физической абсорбции? Закон Генри. 2. По каким уравнениям ведут расчет процесса абсорбцнит 3. Различные типы абсорберов и область ик применения.
4. Основы выбора и расчета абсорберов. Глава 16 АДСОРБЕРЪ| И ИОНООБМЕННЪ|Е АППАРАТЫ Адсорбцией называют процесс избирательного поглощения одного или нескольких компонентов (сорбтивов) из газовой смеси поверхностью твердого поглотителя-адсорбента. Этот процесс ведут в аппаратах, называемых адсорберами.
7 старк с. в, 193 й 1. Физика процесса. Изотермы адсорбции 5 Д5 45 7,5 25 л50а Рнс. )О.). Иэотермы адсорбннв Зпт на актнвнровапном угле (Нвфры у крнвык — температуры, 'С): ) — экспериментальные данные: 2 — расчетные данные 194 Адсорбция газа твердым поглотителем (адсорбентом) протекает в три стадии: 1) внешняя диффузия, т. е. диффузия молекул газа из потока к внешней поверхности адсорбента; 2) внутренняя диффузия, т. е. диффузия молекул газа от внешней поверхности адсорбента вглубь, в поры адсорбента; 3) собственно сорбция, т. е. фиксация молекул газа на поверхности или в объеме пор адсорбента. Так как собственно сорбция протекает почти мгновенно, адсорбционный процесс определяется в основном скоростью внешней и внутренней диффузии.
Физическая адсорбция обусловлена взаимным притяжением молекул поглощаемого газа и адсорбента под действием неуравновешенных молекулярных сил в поверхностном слое; она не сопровождается изменением химического состава взаимодействующих веществ. Процесс адсорбции протекает самопроизвольно тем интенсивнее, чем больше концентрация поглощаемого газа. Однако его ограничивает обратный процесс (десорбция), вызываемый стремлением к равномерному распределению вещества в связи с тепловым движением молекул. В результате этого по истечении некоторого времени устанавливается адсорбционное равновесие. Равновесная концентрация уменьшается с повышением температуры и увеличивается с возрастанием давления.
Таким об- разом, адсорбция ускоряется при погч, уг,г нижении температуры или при повью) шенин давления. Те же факторы — 2 влияют в обратном направлении на процесс десорбции, проводимый обычно после абсорбции. Десорбция пю о ускоряется с повышением темпера- туры абсорбента и снижением давле- 5) ния над ним. В состоянии равновесия количе- 55 ство адсорбированного вещества т зависит от концентрации поглощаемого вещества в газовой фазе С (или, 755 что то же самое, от его парциального давления р) и температуры Т.
В качестве характеристики адсорбционных свойств адсорбентов принято использовать зависимость т=)(С) или уп=1(р)при постоянной температуре. График этой функции, называемый изотермой адсорбции, в качестве примера для 500 приведен на рис. 16.1. Вначале кривая имеет прямолинейный участок, выражающий пропорциональную зависимость, далее идет переходный криво-' линейный участок, отвечающий промежуточным степеням заполнения поверхности, и, наконец, почти горизонтальный участок, соответствующий полному насыщению поглощаемым газом поверхности адсорбента.
При продувании газовой смесью неподвижного слоя адсорбента процесс адсорбцни начинается на лобовой поверхности. По мере насыщения фронт адсорбции перемещается от слоя к слою с некоторой скоростью и заканчивается на задней поверхности, после насыщения которой начинается проскок улавливаемого компонента. С этого момента завершается адсорбционное или защитное действие слоя и должна начинаться десорбция адсорбента. Основными методами десорбции являются: а) вытеснение из адсорбента поглощенного компонента посредством агентов, обладающих более высокой адсорбционной способностью, чем поглощенный компонент (водяной пар, инертный газ); б) испарение или выжигание поглощенных компонентов, обладающих высокой летучестью, путем нагрева слоя адсорбснта.
й 2. Виды и характеристики адсорбентов В качестве адсорбентов применяют пористые твердые вещества с большой удельной поверхностью, относимой к единице массы. Поры, т. е. капиллярные каналы, условно можно разделить на макро- и микропоры. Макропоры имеют диаметр более 2 мкм, в то время как размеры микропор соизмеримы с размерами адсорбируемых молекул. Адсорбенты характеризуются поглотительной способностью, определяемой концентрацией сорбтива в единице массы или объема вещества. Наиболее часто применяемыми адсорбентами являются активированные угли, снликагели и цеолиты. Активированные угли — продукты сухой перегонки углерод- содержащих материалов — имеют удельную поверхность 600— 1700 м'/г с размером гранул 1 — 5 мм и насыпной плотностью 400 — 600 кг/мд. Разновидностью их являются угли из полимерных материалов, которые также имеют мелкопористую, но более упорядоченную структуру и потому обладают большой механической прочностью.
Отличительной их особенностью является повышенная адсорбционная активность в области малых концентраций поглощаемого компонента. В последнее время появился новый тип углеродных адсорбентов — активированные углеродные волокна, применяемые в виде тканей, лент, нетканого материала, войлока и т. по обладающие следующими преимуществами: хорошим сочетанием адсорбционных и фильтрующих свойств; высокой адсорбционной активностью (диаметр волокон 6 — 10 мкм); удобством аппаратурного оформления, высокой химической, термической и радиационной стойкостью.
7* 195 9 3. Устройство и основы расчета адсорбентов с неподвижным слоем поглотителя По конструкции адсорберы могут быть вертикальные, горизонтальные и кольцевые (рис. 16.2). При неподвижном слое адсорбента процесс адсорбции носит периодический характер и протекает в четыре стадии. Первая стадия — собственно адсорбция, т. е. насыщение поглотителя адсорбируемым компонентом, 1,д. Газовую смесь подают в адсорбер, пропускают через слой адсорбента и выводят из аппарата. Вторая стадия — десорбция поглощаемого компонента из слоЯ адсоРбента гдес ПодачУ газовой смеси прекращают.
Через барботер в аппарат подают во- Парсрсзйушнан спесь Парарап спесь. 42 ПарсЫз душнее спесь 4 1 г /7арарауггуш снесь й г Пар— днхпап Парсра спесь ббьмпсп 77шуйенсат Пар- йьапсп енсат а аа Панйенсат Рис. 1б.у. Лдсорберы периодического действия с аеподвижным слоем поглотителя: и — вертнкальныа; б — горнзонтальныаг з — кольцевой. 1 — корпус; 2 — опорная решетка; 3 — слон йоглотителя; б — люки для загрузки поглотнтеля; 5 — сбоРник конденсата; б — люки для выгрузки поглотителя 196 Силикагели — синтетические минеральные адсорбенты, являющиеся гелями кремниевой кислоты, выпускаются отечественной промышленностью в разных модификациях.
Удельная поверхность силикагелей изменяется в пределах 400 — 750 му/г, размер гранул 0,2 — 7 мм, насыпная плотность 400 — 800 кг/м'. Силикагели применяются главным образом для осушки газов. Преимуществом силикагелей являются их негорючесть, высокая механическая прочность, а также низкая температура регенерации. Цеолиты — синтетические или природные алюмосиликаты, отличающиеся мелкой и строго регулярной системой пор. Цеолиты проявляют молекулярно-ситовое действие, которое заключается в их способности не пропускать молекулы, размеры которых больше размера пор. В связи с этим цеолиты, называемые также молекулярными ситами, обладают высокой селективностью поглощения.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
