В расчетах процесса абсорбции используются уравнения материального и энергетического балансов.
В колонных абсорберах контакт фаз может осуществляться либо непрерывно, либо ступенчато, когда в каждой ступени фазы взаимодействуют друг с другом, а по выходу из ступени - разделяются. В обоих случаяхэффективность массообмена определяется направлением относительного движения фаз и структурой их потоков. По направлению относительного движения фаз различают: противоток, прямоток и перекрестный ток.
Рассмотрим противоточную схему движения потоков в колонном аппарате для абсорбции (рис. 3.19), принятой в системах газоочистки. В аппарат поступают фазы G (газ) и L (жидкость).
Пусть расход носителя в газовой фазе составляет G кг/с, а в жидкой фазе равен L кг/с. Содержание распределяемого компонента, выраженное в виде относительных весовых составов, в фазе G обозначим через Y, а в фазе L - через X.
При противотоке уравнения материального баланса для любого сечения колонны будут иметь вид:
После интегрирования этих уравнений для любого сечения колонны
получим:
Эта зависимость является уравнением рабочей линии процесса массопередачи в противоточной колонне.
Как видно из уравнения (3.9), при L/G = const рабочая линия в координатах х - у - прямая с тангенсом угла наклона к оси абсцисс, равным L/G.
Связь между составами материальных потоков и отношением их расходов при Gн ≈ Gк и Lн ≈ Lк можно представить зависимостью
Величина l, определяемая из уравнения (3.10), является удельным расходом поглотителя (кг/кг инертного газа). При полном извлечении компонента из газа его содержание в газовой фазе не выходе из абсорбера было бы равно 0 (нулю), а количество поглощенного компонента составило бы G.у1. Отношение количества фактически поглощенного компонента G(у1 - у2) к количеству, поглощаемому при полном извлечении, называется степенью извлечения:
В качестве движущей силы процесса массопереноса компонента i изобъема фазы к границе раздела или в обратном направлении принимается разность концентраций этого компонента на границе раздела фаз и в объеме рассматриваемой фазы. Так при десорбции, если концентрация компонента i в отдающей фазе равна xi, а в принимающей yi и на границе раздела фаз концентрации соответственно равны xi* и уi*, то движущая сила процесса переноса в отдающей фазе будет равна xi - xi*, а в принимающей уi* -y. Согласно правилу линейности, поток вещества можно представить так: 
Как следует из этого уравнения, поток любого компонента в отдающей и принимающей фазах одинаков. Коэффициенты массоотдачи определяют перенос рассматриваемого вещества в одной из фаз через единицу поверхности поперечного сечения при движущей силе, равной единице. Количество вещества, переносимое за время τ через единицу поверхности контакта фаз F, определяется выражениями
Коэффициенты массоотдачи характеризуют кинетику процесса переноса вещества в отдельной фазе и зависят от ее физических свойств и гидродинамического состояния.
Коэффициенты массопередачи характеризуют кинетику процесса распределения компонента из отдающей фазы в принимающую, т. е. во всей системе в целом. Величины, обратные коэффициентам массоотдачи, имеют смысл сопротивлений массопереносу в соответствующих фазах и называются фазовыми сопротивлениями массоотдачи. Относительный вклад фазовых сопротивлений в общее сопротивление зависит от условий фазового равновесия.
Если допустить, что при абсорбции на границе раздела фазы находятся в равновесии, то можно записать:
Таким образом, при криволинейном равновесии коэффициенты равновесного распределения, а следовательно, и коэффициенты массопередачи изменяются по высоте колонны. В этом случае при расчете колонну обычно разделяют по высоте на участки, в пределах каждого из которых принимают, что m - величина постоянная и для всего аппарата используют среднее значение коэффициента массопередачи. Чтобы определить массу вещества, переносимого из одной фазы в другую в колонном аппарате, необходимо удельный поток, рассчитываемый по уравнению, умножить на величину поверхности фазового контакта и длительность процесса. Однако определить величину поверхности контакта фаз в большинстве случаев очень трудно. Поэтому для расчетов используют так называемые объемные коэффициенты массоотдачи и массопередачи:
Поможем написать любую работу на аналогичную тему