Страус В. - Промышленная очистка газов (1044946), страница 23
Текст из файла (страница 23)
Затем он предположил, что процесс смешивания, т. е. пребыва11ие газа у поверхности и частота смешивания, являются случайными процессами. Подобные математические соображения и со- 110 новлено, что при данной концентрации в объеме жидкости в начальный период времени существует пограничный слой положительной толщины на границе раздела. В некоторый перисд времени 1 уже не существует пограничного слоя, в то время как в объеме жидкости существует бесконечный слой (в соответствии с теорией Стефана).
При этом может быть рассчитана концентрация газа ниже поверхности и, кроме того, мгновенная скорость массопереиоса газа через единицу поверхности раздела фаз ответствующие граннчные условня могут быть применены для оп- ределення скорости массопереноса, которая выражается в виде Разработка абсорбционных систем Правильно сконструированная установка для абсорбции газов должна работать с максимальной возможной эффективностью н пропускной мощностью н с наименьшими капитальными н эксплуатацноннымн расходами.
Абсорбцнонные установки можно разделить на две группы. Первая группа установок работает по принципу днспергнровання пузырьков газа в жндкостн в поточной либо в многоступенчатой системе, тогда как вторая группа — по принципу днспергнровання капелек жидкости в газе. Почти все установки за исключением одноступенчатого абсорбера действуют на основе протнвоточной р,) „длл абсорбции, что показано в виде днаграммы на рнс. Ш-2. Однако некоторые скрубберы работают в режиме параллельных потоков.
Ниже будет дан расчет работы поточной установки. 11усть т' — мольнвя скорость потока в газовой фззе; Р— мольная сжзрость потока в жидкой фазе; у — мольная доля абсорбируемого газового компонента; х — мольнвя доли абсорбироваииого компонента в жидкости; индекс 1 относится к к>бу контактной башни, в индекс 2 — к верху контактной башни. Тогда для работы в устззовишисмся режиме материальный баланс ллз элементарной секции башни (!11.39) Газ на Налыгазннын ачисшну Рис. Ш-2.
Схема процесса в противоточной вбсорбционной башне, работающей в непрерывном режиме. )Ул = (с! — с) тг Рг' (111.36) йс = тгРг' (Ш.зт) где г' — средняя скорость обмена, которая отличается от «скорости обновления» из коэффициент 2/пйз, Модель проннкновення Данквертса, примененная к слою жидкости глубиной Н, описывается уравнением йс = т/Рг 1апь у/7Й1Р (111. 38) Поскольку член )(г'НзД) тем больше, чем глубже проникновение, значение (гь приближается к <бесконечной» глубине по элементарной теории Данквертса.
Рис. 111-3. Характеристика процесса в абсорбционной колонне при противото- ке (а) и при параллельном истечении (б). и баланс компонентов для той же секции б (Уу) = б (Ех) (1П,40) Интегрируя уравнение (Ш.40) и считая нижним пределом куб башни (индекс 1), а верхним — любой уронень внутри башни, получим: 1'у — У,уг = I х — Етхт 1 1/у + Егхт = Ех+ Угуз ) (1П.41) Это уравнение операционной линии спранедливо для всех значений х между х, и хэ и для всех значений у между у~ и уа (рис.
Ш-З, а); В общем случае У и Е изменяются в различных точках по высоте башни, и операционная линия будет представлять собой кривую. Однако в большинстве случаев газоочистки абсорбируемый компонент составляет только незначительную долю в абсорбирующей жидкости, поэтому операционная линия существенно прямая. Для элементарной секции колонны высотой НЛ площадь границы раздела фаз равна бА, а скорость абсорбции определяется из уравнений (Ш.23) и (П1.28) )т'Лг(А = К (Р— Р') ПА =- К„( * — с) бА = ап (Р Рг) иА = йд (сз — с) бА (111.42) Если и†площадь границы разаела фаз, приходшцаяся на единицу объема ко- лонны, а 5 в поперечное сечение колонны, то бА = нч а (П1.43) На практике значение а обычно неизвестно ни лля насадочных колони, где процесс абсорбции протекает лишь в части имеющейся плошади, ни для оросительных колони, где неизвестна площадь поверхности капель. Поэтому для расчетов принпто комбинированное выражение коэффициента массопереноса н площади поверхности — коэффициент йоа, яга или Кьа.
112 ~мф У1 й а4 4 ч ~ УУ ЯЯ Р Иг Хг Р Х/ Хг Концггелрицця бегцссвйа брицпборе, иле. 6апи Ф д Подставляи (П1.43) в уравнение (П1.42), получим г( (Уу) = )улдА = йоа (р — р!) ЯНЯ = йеа (с! — с) ЯЛЛ -. Коа (р — р") Ва2 Кса (с" — с) Юбд (1Ц. 42а) г ээ 1"'=~' (' У г(у ) йоаРВ (1 — у) (у — у!) о э, -* У ау Каира (! — У) (у — у*) (П1.45з) или для коэффициента пленки жидкости: г «з 1 =~ Е ах ,) йеар зб (! — х) (х! — х) о «г «г Е ох Капреру (! — х) (х" — х) (11!.4бб) Упрощая эти уравнения, умножим оба члена интеграла на логарифм средней движущей силы Уг Уд х,— х, (! — Исм = ! " (1 — х)см = 1п— Уз !п 1 — х Предположив, что произведение этого выражения на коэффициент массопереноса является постоянной величиной, получаем (! — У)см ау Усэ "Ла(! — у)ЕЛГРВ ~ (! — у)(у — у!) эг (! — У)см (! — у) (у- у') Кба (! у)ем Ро у сч Ь вЂ” 1! 4.! !!3 Мелькая фракция у растворимого компонента в газовой фазе равна р/Р, и мольиая фракция х в жидкой фазе равна с/ргр.
тогда уравнение (Ш.42а) может быть преобразовано д(УУ) = йааР (У вЂ” у!) З(2 = йеарсэ(х! — х) Яы = КааР(У вЂ” У ) ЗН2 = К!ар р(х' — х) ЗЛЯ (1П.44) где (у — уч) представлено иа рис. Ш-З,а вертикальными отрезками ВР при хь у, и АЕ при ха уг. Для абсорбции газов, когда У и Е не являются постоянными величинами, можно показать, что д(УУ)=Убу!(! — У). Сочетая зто с уравнением (Ш.44), получаем уравнение для расчета высоты башни 2 с коэффициентом для пленки газа (111.4?) 2=нг?У Высоту единицы переноса можно опрелелить исходя из коэффициента массопереноса, характеристики системы и начальной и конечной концентраций абсорбируемого или растворимого газа. Число единиц переноса может быть оценено с помощью диаграммы равновесия системы либо одним из следующих методов: а) графическое интегрирование: если неизвестна зависимость между переменными у и « (кроме экспериментальной кривой равновесия), необходимо вычислить число единиц переноса графически, построив графин зависимости от у, если известен Кап (! — у)?.м/(1 — у) Ь вЂ” у') или других зависимостей от подобных функций; б) упрощенное графическое интегрирование функции 1/(ук — у) ьм может быть выполнено, если заменить (1-у)ьм средним арифметическим (! — у) н (1 — у*) без введения аначительной ошибки.
Тогда сложный интеграл из уравнения (Н1.47) упроьцается И (' Лу 1 1 — уз У- ~' „+ — 1.— у — у" 2 1 — уг (111.48) рт в) если концентрации очень малы и как операционная, так и равновесная кривая могут быть представлены в виде прямых линий с уравнением у т«+С, для равновесной кривой,можно показать, что й= Ук Гм (у — у')ьм (П1.49) где Ь вЂ” у')з — Ь вЂ” у*)з Ь вЂ” у)ем= (у у), 1и " (у — у'), Если скорость потока жилкости значительно больше скорости потока газа, наклон операционной линии /./У будет крутой, и движущие силы в этом случае велики.
При малых значениях /./У движущие силы будут уменьшаться до тех пор, пока операционная и равновесная кривая не соприкоснутся при достижении равновесия, тогда можно найти минимальную скорость потока жидкости Такое минимальное значение может быть достигнуто только в бесконечно длинном абсорбере. !!4 кз Я= /кр А«пррр (! — «)ьм5 Д (! — «) («! — «) И« кг кя ? р ( (! «)ьм (111.46) Клар р(! — «)пмво .) (! — х) («* — х) Необходимо отметить, что оба приведенных выше уравнения, в которых применяются полные коэффициенты Кр и Кш строго справедливы только тогда, когда выполняется закон Генри, т.
е, величина к постоянна. Выражение, стоящее перед интегралом, обозначает высоту Н~ единицы переноса, тогла как подынтегральное выражение характеризует число единиц переноса ?У. Тогда высота башни Параллельные потоки обычно не применяются в насадочных или простых орошаемых башнях. Однако они бывают в скрубберах Вентури или в циклонных скрубберах, которые используются для очистки малозагрязненных газов. Расчет числа единиц переноса в случае параллельного потока подобен расчету для противотока за исключением того, что операционная линия имеет наклон в сторону, противоположную показанному па рис.
111-3, б. Джонстон и Силокс [406) вывели эмпирическое уравнение для числа единиц переноса в циклонном скруббере (см. рис. 1Х-7), где абсорбируется диоксин серы(17): 1,ОЭ.10-'лР ро,вс где л — число форсунок в снруббере; Я вЂ” площадь ив входе газа, м'1 Р— общее давление газа, кПа; р — скорость газа на выходе, нмоль!(м'с). Более общая коррелирующая функции, предложенная для скрубберов Лундом (536], основана на оценке потребления энергии установкой.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
