Навігація
Головна
Кінетика абсорбціїПроцесний підхід Поняття процесуСутність педагогічного процесуКРИМІНАЛЬНИЙ ПРОЦЕС ЗАРУБІЖНИХ ДЕРЖАВДІЯЛЬНІСТЬ АДВОКАТА в арбітражному процесіПОНЯТТЯ І ПРИЗНАЧЕННЯ КРИМІНАЛЬНОГО ПРОЦЕСУЦИВІЛЬНИЙ ПРОЦЕС. ПОЗОВИ У РИМСЬКОМУ ПРАВІТехнологічні процеси пайкиДеталізація описів бізнес-процесів на рівні підрозділівВИХОВНИЙ ПРОЦЕС ЯК ЧАСТИНА ЦІЛІСНОГО ПЕДАГОГІЧНОГО ПРОЦЕСУ
 
Головна arrow Екологія arrow Теоретичні основи захисту навколишнього середовища
< Попередня   ЗМІСТ   Наступна >

Массообмен в процесах абсорбції

data-override-format="true" data-page-url = "http://stud.com.ua">

На інтенсивність переходу забруднювача з газової фази в рідку великий вплив мають температура і тиск процесу, а також спосіб організації контакту фаз.

З ростом тиску і зниженням температури швидкість абсорбції збільшується. Абсорбенти, що працюють при негативних (за Цельсієм) температурах, прийнято називати Хладоносителі і, а процес абсорбції, що протікає в таких умовах, - контактної конденсацією.

Перенесення компонентів дотичних фаз йде до досягнення між ними динамічної рівноваги. Явища, що відбуваються при абсорбції на межі розділу фаз, описують на основі двухпленочной теорії, згідно якої зміна концентрацій переходить речовини відбувається в тонких приповерхневих шарах (плівках) газу F G і конденсованої речовини F L (рис. 7.1).

Рис. 7.1. Схема процесу массопередачи на межі розділу фаз у системі без твердої фази:

G, L - кількість взаємодіючих фаз; А / - кількість распределяемого речовини; х | р, у1р - концентрації распределяемого речовини на кордоні роздягнена фаз; xf, yf - концентрації распределяемого речовини в фазах L і G

Приймають, що в прикордонних плівках конвекція відсутня, і масоперенос здійснюється виключно за рахунок молекулярної дифузії, у той час як перенесення з обсягу газу V G до плівки і від плівки в обсяг конденсованої фази V L відбувається дуже швидко (наприклад, за рахунок турбулентної дифузії) . Тому концентрації переходить компонента в обсязі газової фази V G і х f в обсязі V L вважаються постійними. У плівці газу концентрація переходить компонента падає до значення у гр на поверхні розділу фаз 5, а плівка конденсованої фази насичується до концентрації х гр, причому сама поверхня S не чинить опору переходу компонента. У плівці F L концентрація знижується до постійного значення х внаслідок розподілу компонента в обсязі V L. Перенесення триває до досягнення рівноваги, при якому хімічні потенціали переходить компонента в газовій і конденсованої фазах вирівнюються.

У технічних розрахунках зручніше характеризувати віддаленість системи від рівноважного стану не величиною хімічного потенціалу, а відхиленням дійсної концентрації компонента в газовій фазі у від рівноважної з дотичної фазою у * або відхиленням дійсної концентрації компонента в конденсованій фазі x від рівноважної з газовою фазою х * (при однакових p, T). Виходячи з цього рушійна сила абсорбції може бути визначена як по газовій (Δу = у - у *), так і по конденсованої (Δх = х * - х) фазам.

Розглянемо дві фази G і L, причому распределяемое речовина спочатку знаходиться тільки в першій фазі G і має концентрацію у. Якщо привести фази всопрікосновеніе, то распределяемое речовина почне переходити в фазу L. З моменту появи распределяемого речовини у фазі L почнеться і зворотний перехід його в фазу G.

Швидкість зворотного переходу буде збільшуватися в міру підвищення концентрації распределяемого речовини у фазі L. У деякий момент швидкості переходу речовини з фази G у фазу L і назад стануть однаковими. При цьому встановиться стан рівноваги між фазами. Таким чином, стан рівноваги - це такий момент массообменного процесу, при якому швидкості переходу речовини з однієї фази в іншу і назад рівні. Однак це зовсім не означає рівність концентрацій у фазах.

У стані рівноваги існує певна залежність між концентраціями распределяемого речовини в обох фазах: будь-якої концентрації х цієї речовини у фазі L відповідає рівноважна концентрація у * у фазі G:

(7.1)

При абсорбційної очищенні газів концентрації вловлюються домішок зазвичай невеликі, що дозволяє розглядати систему як слабоконцентрірованних. Концентрації, відповідні рівноваги фаз, тобто рівноважні концентрації в газовій і конденсованої фазах, для таких систем досить точно визначаються законами Рауля і Генрі.

В якості основного закону, що характеризує рівновагу в системі газ-рідина, використовується закон Генрі, згідно з яким мольная частка газу в розчині x i при даній температурі пропорційна парціальному тиску газу над розчином:

(7.2)

де x i - мольна частка i-го компонента в рідини; - Парціальний тиск i-го компонента в газі при рівновазі, Па; E i - коефіцієнт Генрі, Па; залежить від властивостей розчиненого газу і температури.

З ростом температури розчинність газів в рідинах зменшується.

Відповідно до закону Дальтона, парціальний тиск компонента в газовій суміші одно загальному тиску, помноженому на мольну частку цього компонента в суміші:

(7.3)

data-override-format="true" data-page-url = "http://stud.com.ua">

де P - загальний тиск газової суміші.

Використовуючи закон Генрі, отримаємо

(7.4)

або

(7.5)

де A р = m = E i / P - константа фазового рівноваги.

(7.5)

Аналіз і розрахунок процесу абсорция зручно проводити, висловлюючи концентрації распределяемого газу у відносних одиницях, оскільки в цьому випадку розрахункові значення потоків газової і рідкої фаз постійні. Тому в рівняннях рівноваги концентрації х і у, виражені в мольних частках, замінюють на Х і Y, виражені у відносних мольних частках:

(7.6)

де 1 (одиниця) - 1 кг фази носія.

Тоді рівняння рівноваги буде

(7.7)

При незначних концентраціях X рівняння набуває вигляду

(7.8)

До факторів, який поліпшує розчинність газів в рідинах, відносяться підвищений тиск і знижена температура, а до факторів, що сприяють десорбції, - знижений тиск, підвищена температура і додаток до абсорбенту добавок, що зменшують розчинність газів у рідинах.

Рівновага між фазами можна представити графічно на діаграмі у - х. На цій діаграмі по осі абсцис відкладається концентрація x: распределяемого речовини у фазі L, а по осі ординат - його концентрація у у фазі G.

Рівновага між фазами представляють у вигляді графічної залежності рівноважної концентрації компонента в газовій фазі у * від його концентрації в рідкій фазі х, тобто використовують залежність y * = f (x). Крива ОС, що зображає залежність рівноважної концентрації у * від x, називається лінією рівноваги (рис. 7.2).

Для практичних розрахунків користуються отриманими з досвіду значеннями рівноважного парціального тиску газу p * і обчислюють Y * по рівнянню

(7.9)

де M до, M н - відповідно молекулярна маса компонента і маса носія, кг / моль; Р - загальний тиск в системі.

Відповідно до закону Генрі, рівноважний парціальний тиск р * пропорційно вмісту розчиненого газу в розчині х:

Рис. 7.2. Рівноважна лінія діаграми х -у

(7.10)

Після підстановки формули (7.10) в рівняння (7.9) отримаємо:

(7.11)

Рівняння (7.11) використовують при побудові лінії рівноваги в координатах Y - X.

Якщо абсорбція ведеться без відводу ті плоти або з неповним її відведенням, температура процесу підвищується через виділення теплоти при розчиненні газу в рідині.

Кількість виділяється при абсорбції теплоти становить

(7.12)

де М - кількість поглиненого компонента, кг / с; Ф - диференціальна теплота розчинення, Дж / кг (це кількість теплоти, що виділяється при поглинанні 1 кг компонента в розчині даної концентрації).

Вважаємо, що вся теплота, що виділяється йде на нагрівання рідини:

(7.13)

де с - питома теплоємність рідини, Дж / (кг · К); t 2, t 1 - температури рідини на виході з абсорбера і на вході відповідно, ° С.

Прирівняємо праві частини рівнянь (7.12) і (7.13) і отримаємо:

(7.14)

Для частини абсорбера, розташованої вище перетину, в якому склад рідини дорівнює X, а температура t, рівняння (7.14) прийме вигляд:

(7.15)

З останнього рівняння висловимо t:

(7.16)

де t - температура рідини в будь-якому перетині абсорбера, ° С, при складі рідини, рівному X.

Рівняння (7.16) використовують також при побудові лінії рівноваги.

Методика графічного побудови рівноважної лінії включає наступні стадії:

задаються інтервалом значень X, виходячи з вихідних даних; для кожного значення X визначають температуру рідини по рівнянню (7.16);

для обчислених значень температури рідини / визначають відповідні величини E;

визначають Υ * для кожної t і, відповідно, для конкретного X.

Матеріальний баланс абсорбції. Для виведення рівняння матеріального балансу та рівняння робочої лінії розглянемо схему потоків у масообмінних апараті (рис. 7.3).

Нехай компонент переходить з фази G у фазу L. З урахуванням кількості компонентів у фазах рівняння матеріального балансу запишеться у вигляді

(7.17)

де GH, GK - витрата газової фази на вході в абсорбер і виході з нього, кмоль / с (кг / с); y н, y до - концентрація распределяемого речовини (компонента) в газовій фазі на вході в абсорбер і виході з нього, молярний частки (мас, частки); L H, L K - витрата абсорбенту на вході в абсорбер і виході з нього, кмоль / с (кг / с); х н, х до - концентрація распределяемого компонента в рідкій фазі на вході в абсорбер і виході з нього, молярний частки (мас. частки).

Розглянемо випадок, коли носії не беруть участь у процесі масообміну, їх кількості не змінюються по висоті апарату, тобто С = const, L = const, коли склади фаз виражені у відносних концентраціях Y і X.

Рис. 7.3. Схема матеріальних потоків в масообмінних апараті:

G, L - витрати взаємодіючих фаз; х ^, ун, хк, ук - концентрації распределяемого компонента у відповідних фазах спочатку і кінці процесу

Тоді кількість компонента Л /, який перейшов з фази С, одно:

(7.18)

Кількість компонента M, що перейшло у фазу L, одно:

(7.19)

Прирівняємо праві частини рівнянь (7.18) і (7.19):

(7.20)

де G - витрата інертного газу, кмоль / с (кг / с); Y н і Υ до - відносні концентрації компонента в газі-носії, кмоль / кмоль газу (кг / кг газу); L - витрата абсорбенту, кмоль / с (кг / с); Х до і Х н - відносні концентрації компонента в поглиначі (абсорбенту), кмоль / кмоль абсорбенту (кг / кг абсорбенту).

Рівняння (7.20) є рівняння матеріального балансу.

Загальна витрата абсорбенту

(7.21)

Визначимо питома витрата поглинача /, кг / кг:

(7.22)

З рівнянь (7.19) і (7.20) знаходимо

(7.23)

Розглянемо довільне перетин противоточного апарату 0 - 0, де склади фаз будуть Y і Х у фазі G і L відповідно.

Напишемо рівняння матеріального балансу для частини апарату, розташованого вище перетину 0 - 0:

(7.24)

звідки отримаємо

(7.25)

Рівняння (7.25) є рівняння робочої лінії. Воно виражає залежність між нерівновагими складами фаз в будь-якому перетині апарату.

З аналізу (7.25) видно, що це рівняння прямої лінії (Υ = а + bх).

Підставами в рівняння (7.25) рівняння (7.23):

(7.26)

або

(7.27)

Рис. 7.4. Крива рівноваги і робоча лінія процесу абсорбції

Це є рівняння прямої, що проходить через точку А (Х до; Y н) і точку В (Х н; Y до).

Робочу лінію процесу абсорбції будують в тих же осях Y - X, що і лінію рівноваги:

(7.28)

Для побудови робочої лінії треба знати склади фаз в частині абсорбера (Х до, Y н) і в його верхній частині (Х н, Υ κ). За цими даними визначають точки А і В (рис. 7.4).

Часто задані тільки початкові склади газу і рідини (Y н, Х н) і ступінь вилучення (ε). Ступінь вилучення - це відношення кількості фактично поглиненого компонента до кількості, поглинається при повному витяганні:

(7.29)

Як видно з виразу (7.29), по επ Y н можна оцінити Υ до, тобто на діаграмі Υ - X визначити точку В (Υ до, Х н), а точка А буде перебувати на ординате Υ н. Положення точки А залежить від питомої витрати / поглинача.

Момент в процесі абсорбції, коли робоча лінія стосується лінії рівноваги (пряма ВА '), відповідає мінімальній витраті поглинача. У точці дотику робочої лінії з лінією рівноваги рушійна сила дорівнює нулю. При цьому потрібно абсорбер нескінченно великої висоти. Зі збільшенням питомої витрати поглинача зменшується необхідна висота абсорбера, але зростають витрати на десорбції, перекачування поглинача та ін. Оптимальний питома витрата поглинача визначають техніко-економічним розрахунком.

При абсорбції робоча лінія розташовується вище лінії рівноваги, так як в цьому процесі зміст компонента в газовій фазі більше рівноважного Υ> Υ *.

При десорбції, навпаки, робоча лінія лежить нижче лінії рівноваги.

 
Якщо Ви помітили помилку в тексті позначте слово та натисніть Shift + Enter
< Попередня   ЗМІСТ   Наступна >
data-override-format="true" data-page-url = "http://stud.com.ua">

Cхожі теми

Кінетика абсорбції
Процесний підхід Поняття процесу
Сутність педагогічного процесу
КРИМІНАЛЬНИЙ ПРОЦЕС ЗАРУБІЖНИХ ДЕРЖАВ
ДІЯЛЬНІСТЬ АДВОКАТА в арбітражному процесі
ПОНЯТТЯ І ПРИЗНАЧЕННЯ КРИМІНАЛЬНОГО ПРОЦЕСУ
ЦИВІЛЬНИЙ ПРОЦЕС. ПОЗОВИ У РИМСЬКОМУ ПРАВІ
Технологічні процеси пайки
Деталізація описів бізнес-процесів на рівні підрозділів
ВИХОВНИЙ ПРОЦЕС ЯК ЧАСТИНА ЦІЛІСНОГО ПЕДАГОГІЧНОГО ПРОЦЕСУ
 
Дисципліни
Агропромисловість
Аудит та Бухоблік
Банківська справа
БЖД
Географія
Документознавство
Екологія
Економіка
Етика та Естетика
Журналістика
Інвестування
Інформатика
Історія
Культурологія
Література
Логіка
Логістика
Маркетинг
Медицина
Нерухомість
Менеджмент
Педагогіка
Політологія
Політекономія
Право
Психологія
Релігієзнавство
Риторика
Соціологія
Статистика
Техніка
Страхова справа
Товарознавство
Туризм
Філософія
Фінанси
Пошук