Промышленная очистка газов - Страус В.
Скачать (прямая ссылка):
Чистый
газ РастВоритель
Пусть V — мольная скорость потока в газовой фазе; L — мольная скорость потока в жидкой фазе; у — мольная доля абсорбируемого газового компонента; х — мольная доля абсорбированного компонента в жидкости; индекс 1 относится к кубу контактной башни, а индекс 2 — к верху контактной башни. Тогда для работы в установившемся режиме материальный баланс Для элементарной секции башни
dV = dL
(III.39)
v+av
L+dL
Z+CL2
Нс- И1-2. Схема процесса в противоточной абсорбционной башне, работающей в непрерывном режиме.
Газ на
очистну
Насыщенный —раствор
111
Рис. 11 I-З. Характеристика процесса в абсорбционной колонне при противотоке (с) и при параллельном истечении (б).
и баланс компонентов для той же секции
d (Vy) = d (Lx)
(III.40)
Интегрируя уравнение (111.40) и считая нижним пределом куб башни (индекс 1), а верхним — любой уровень внутри башни, получим:
Vy-V1Iy1 = LX-L1X1 I
Vy + L1X1 = Lx + V1Ij1 J
(III.41)
Это уравнение операционной линии справедливо для всех значений х между JC1 и хг и для всех значений у между у\ и уг (рис. III-3, а) .
В общем случае VhL 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 dl площадь границы раздела фаз равна dA, а скорость абсорбции определяется из уравнений (111.23) и (II 1.28)
NAdA = Kc (р — Pl dA = Kl (с* - с) dA = kG(p — pi) dA
= kL(Ci—c)dA (III.42)
Если а — площадь границы раздела фаз, приходящаяся на единицу объема колонны, a S — поперечное сечение колонны, то
dA = aSdZ (III.43)
На практике значение а обычно неизвестно ни для насадочных колонн, где
процесс абсорбции протекает лишь в части имеющейся площади, ни для ороси-
тельных колонн, где неизвестна площадь поверхности капель. Поэтому для расчетов принято комбинированное выражение коэффициента массопереноса и площади поверхности — коэффициент kca, kLa или /Clа.
112
Подставляя (111.43) в уравнение (111.42), получим d (Vy) = NAdA = kca (р — pt) SdZ = kip, (cj — с) SdZ =--KGa (p — p*)SdZ
— Kl^ (с* — с) SdZ
(111.42а)
Мольная фракция у растворимого компонента в газовой фазе равна р/Р, и мольная фракция х в жидкой фазе равна с/pср, тогда уравнение (Ш.42а) может быть преобразовано
d (Vy) = kGaP (у — yi) SdZ = kLapcp (xt —х) SdZ
= KGaP (у — у*) SdZ = Kl0Pcp (** - *) SdZ (111.44)
где (у—У*) представлено на рис. III-3, а вертикальными отрезками BF при ^i, у\ и AE при X* уг.
Для абсорбции газов, когда V и L не являются постоянными величинами, можио показать, что d(Vy) = Vdyf(I—у). Сочетая это с уравнением (111.44), получаем уравнение для расчета высоты башни Z с коэффициентом для пленки газа
Z Уз
V_____________dy_______
kGaPS ' (1 — и) (у —у і)
Vi
У2
= j ~K^PS -(\-у) (у-у*) (III.45а)
Vl
илн для коэффициента пленки жидкости:
Z X2
\z *
_ (\ L dx
J ' J kLapcPS '(I-X)(Xi-X)
О X1
&
L dx
(III.456)
KiflPcpS (I — х) {х* — х)
*1
Упрощая эти уравнения, умножим оба члена интеграла на логарифм средней движущей силы
J/s Vi . Xo — X1
(1 — 1Alm= і __________и И (I-JC)LAl= і _ „
і_ 1 —У і і1 —хі
ln-j------- In-
1 -Уг "1-х,
Предположив, что произведение этого выражения на коэффициент массоперено-са является постоянной величиной, получаем
й
~ VcP (* (1 —У) LM
z= kGa(\-y)LMPS J (1 —у) (у — уі) dy
Уі У2
__________}jcP______ C (1 — у) LM .
KGa([ —y)LMPS J (1 у) (у— У*) У
8—1144
Vi
113
X2
7________________^cp___________ Г (1 — x)lm
- kLapcp (I — x)LMS J (I — x) (Xi — x) dx
Xi
Xя
LCP f 0— х)ьм ...
J (I-^)(X--X) dx (III 46>
KLaPcp (I —x)lmS
*1
Необходимо отметить, что оба приведенных выше уравнения, в которых применяются полные коэффициенты Ka и Kl, строго справедливы только тогда, когда выполняется закон Генри, т. е. величина и постоянна.
Выражение, стоящее перед интегралом, обозначает высоту единицы переноса, тогда как подынтегральное выражение характеризует число единиц переноса N. Тогда высота башни
Z = HtN (III.47)
Высоту единицы переноса можно определить 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 их (кроме экспериментальной кривой равновесия), необходимо вычислить число едйниц переноса графически, построив график зависимости от у. если известен KgO.
(l-y)tAf/(l-»)(y-»‘)
или других зависимостей от подобных функций;
б) упрощенное графическое интегрирование функции 11 (у*—у) ш может быть выполнено, если заменить (1—у) ьм средним арифметическим (1—у) и (!-»*) без введения значительной ошибки. Тогда сложный интеграл из уравнения (III.47) упрощается
