Промышленная очистка газов - Страус В.
Скачать (прямая ссылка):
Cb = PbI(RT) (III. 17)
Заменяя в (III.16) Pa на (Р—рв) и учитывая (III.15), получим:
Na = Na^ + (III.18)
После перегруппировки получим
Pb Dg dP? /tII 1Q *
Na р —цт ' dx (III. 19а)
* f?2
Na
о рт
что при интегрировании дает
DnP
Na = цтх (РВяІРвї) (III-20)
Если логарифмическое среднее парциальное давление компонента В на расстоянии х, вдоль которого происходит перенос, определять в виде:
Уравнение (111.20) может быть записано следующим образом
= (рв* ~PBl) (III-22а)
=Ж'^-{РА^Р^ (Ш22б)
106
2. АБСОРБЦИОННАЯ ОЧИСТКА ГАЗОВ
Теории абсорбции
Когда газ движется турбулентным потоком через поверхность, т- е. Re>2100), тогда турбулентное перемешивание поддерживает гомогенность состава во всем объеме газа. Ближе к границе раздела фаз движение газа замедляется, и образуются ламинарные слои; обычно предполагают, что на границе раздела газ неподвижен.
Наиболее широко известная теория, предполагающая равномерный переход молекул через стабильный пограничный слой, называется теорией двух пленок и была предложена Уайтменом и Льюисом в 1924 г. [509, 937]. По этой теории абсорбируемый газ диффундирует через ламинарный пограничный слой и неподвижный «подслой». Если в качестве абсорбента используется жидкость, то существуют такие же пограничные слои со стороны жидкости. Далее предполагают, что на границе раздела жидкость — газ существует равновесие. Тогда парциальное давление р* и концентрация на границе раздела с,- взаимосвязаны. Когда достигается состояние установившегося режима переноса, скорость переноса Na из газового потока к границе и от границы раздела в объем жидкости должны быть равны. Тогда
Na = kc(p — Pt) = ki (Cf — с) (III.23)
где р к Pt — парциальное давление переходящего компонента соответственно в объеме газа и на границе; Ci и с — концентрация соответственно на границе и в объеме жидкости; hG и /fez, — коэффициент массопереноса соответственно в газовой и жидкой пленке.
При cp?внeнии с уравнением (111.22) видно, что коэффициент массопереноса в газовой пленке может быть записан в виде
ь-тк-ш 24>
Из уравнения (111.24) следует, что коэффициент массопереноса является функцией коэффициента диффузии, логарифма среднего парциального давления неабсорбирующего компонента и х — расстояния, на котором проходит абсорбция, т. е. толщины пленки. Co стороны пленки жидкости коэффициент массопереноса может быть записан как
kL = DL/xL (III.25)
—коэффициент диффузии в жидкой фазе; xL — толщина пленки жид-
КОСТИ.
Было показано, что коэффициенты диффузии могут быть рас-считаны, однако толщина пленок не может быть найдена непосред-
107
I
ственно. Можно определить эквивалентную толщину пленки с уче-т том механизма массопереноса через пограничный ламинарный слой ' из экспериментально найденного коэффициента массопереноса и , рассчитанного или вычисленного коэффициента диффузии. Тогда для абсорбции подобного типа можно использовать ,найденное значение. Это было сделано Жильландом и Шервудом [302], !.которые осуществили корреляцию многочисленных экспериментов на колонне пленочного типа
-kQ^n-. ЩУ- = -5- = 0,023Re°.83Sc0.44 (111.26)
U0 Г X ?
где D — диаметр колонны; Re — число Рейнольдса (uDp/fx); Sc — число Шмидта (ц/pDti); Du — коэффициент диффузии в газовой фазе; и — скорость газа относительно колонны; р и |1 — плотность и вязкость газа.
Эта корреляция вполне удовлетворительна в тех случаях, когда скорость абсорбции регулируется скоростью переноса через пленку газа, но, к сожалению, из-за колебаний, возникающих в тонком поверхностном слое жидкости, она не может применяться для нахождения эквивалентной толщины пленки в процессах абсорбции, регулируемых скоростью переноса через пленку жидкости.'
Если параметром, управляющим системой, является сопротивление пленки жидкости, коэффициент массопереноса может быть измерен на дисковой колонне [812]. При этом получают лучшук>( корреляцию, чем на пленочной колонне. Коэффициент массоперено--са для пленки жидкости kL может быть рассчитан из уравнения:
kL
Dv
где L — скорость потока жидкости через единицу ширины пленки, кг/(м2-ч).
Однако, даже не имея точных данных о равновесии и коэффициентах переноса для жидкой пленки, можно найти общие коэффициенты массопередачи по уравнению: |
Na = KciP-Pl = Kl(c*-c) (III.28)
»
где р* — равновесное парциальное давление растворимого вещества над раствором, имеющим ту же концентрацию, что и поток жидкости; с* — концентрация раствора, который находился бы в равновесии с растворимым веществом, имеющим то же парциальное давление, что и основной газовый поток.
Эти точки показаны на диаграмме равновесия (рис. III-I).
Общие коэффициенты Kg (в единицах давления) и Kl (в единицах концентраций) могут быть определены экспериментально и: непосредственно применены в конструкторских расчетах.
Полная движущая сила выражается через (р—р*) в единицах давления и (с*—с) в единицах концентраций. Точка В на равновесной кривой характеризует состав двух фаз на границе раздела, а движущие силы р—р,- и с,—с представлены вертикальным отрез-
