Металлопрокат
Металлоконструкции
Обработка металла
При соприкосновении газовой и жидкой фаз возникает процесс, приводящий эту систему к равновесию по любому компоненту.
Состояние равновесия в известных пределах характеризуется законом Генри:
Из формулы (27) следует, что концентрация газового компонента в жидкости возрастает с повышением парциального давления этого компонента и увеличением коэффициента Н.
В табл. 3 приведены значения Е для некоторых газов. Из таблицы видно, что: 1) для всех газов с увеличением температуры значения величины Е возрастают, а следовательно, растворимость уменьшается; 2) имеются газы с малым значением коэффициента Е, хорошо растворимые в жидкости (в воде). К таким газам относятся NH3, НСl, F2, HF и др. Наряду с ними есть газы с большими значениями коэффициента Е, т. е. плохо растворимые, например СО, N2, Н2 и др. Такие газы, как SO3 и Сl2, обладают средней растворимостью.
Увеличение растворимости газа в жидкости с повышением его парциального давления происходит при любых значениях давлений, но прямая пропорциональность, выраженная уравнением (26) или (27), наблюдается только в области низких концентраций растворов. Поэтому для практических расчетов, когда парциальное давление поглощаемого компонента изменяется в больших интервалах, следует пользоваться не формулами (26) и (27) и табл. 3, а более подробными таблицами, помещаемыми в справочниках.
Процесс очистки газа от какого-либо компонента его растворением следует рассматривать с двух точек зрения; а) материального баланса и б) кинетики, т. е. скорости процесса.
Обозначив количество газовой фазы, которая подвергается очистке, через G и концентрацию поглощаемого компонента на входе в аппарат через у1, а на выходе из аппарата через у2, найдем, что количество удаленного из газовой фазы вещества равно С(у1—у2).
Обозначив количество жидкой фазы, употребляемой для обработки данного количества газа через L, а концентрации растворенного компонента в жидкости через х1 на входе в аппарат и x2 на выходе из аппарата, .найдем, что в жидкости растворилось вещества L(x2—x1). Очевидно. что G(y1—y2) = 1(х2— х1), откуда
По уравнению можно определить расход жидкости, если известны концентрации компонентов в газе и жидкости на входе и выходе и количество газа, подвергаемого очистке.
Так как в общем случае значение у зависит от х в соответствии с законом Генри, то величина у2 не может быть выбрана произвольно: она должна быть больше, чем значение у, соответствующее той жидкости, с которой соприкасается перед выходом из аппарата; при противотоке
Скорость процесса поглощения газового компонента жидкостью (т. е. скорость процесса абсорбции) пропорциональна поверхности соприкосновения газа с жидкостью и степени отклонения от равновесия, которую можно выразить как разность концентрации вещества в одной из фаз и концентрации этого вещества при равновесии в той же фазе при равновесии с другой фазой. Эта разность концентраций является движущей силой процесса массопередачи — абсорбции, уравнение которого можно написать в следующей форме:
Q = КFΔ,
где Q — количество вещества, перешедшего из одной фазы (газообразной) в другую (жидкую) за единицу времени, кг/час;
Р — поверхность соприкосновения фаз, м2;
Δ — «движущая сила» процесса массопередачи;
К — коэффициент пропорциональности, называемый коэффициентом массопередачи или скорости абсорбции.
«Движущая сила» процесса массопередачи Δ представляет собой разность действительной концентрации растворяемого компонента в газовой фазе и концентрацией его в газовой фазе, отвечающей равновесию над поглощающей жидкостью.
Часто величину Δ представляют разностью между давлением в газовой фазе и равновесным давлением этого компонента над поглощающей жидкостью (с учетом ее состава и температуры).
В общем виде величина Δ может быть найдена по уравнению
Обычно в аппаратах, в которых очищается газ, концентрация поглощаемого компонента в газовой фазе, а также в жидкой фазе изменяется. При входе в аппарат концентрация его в газовой фазе максимальная, а на выходе минимальная; концентрация же в жидкой фазе, наоборот, максимальная при выходе жидкости из аппарата.
В этом случае среднее значение «движущей силы» массопередачи будет получено из величины движущих сил в разных точках аппарата. Если движущая сила Δ на концах аппарата отличается одна от другой менее чем в два раза, то для нахождения Δср можно брать среднюю арифметическую величину, т. е.
Если же Δвх отличается от Δвых больше чем в два раза, то рассчитывать среднее значение двужущей силы следует как среднюю логарифмическую величину по формуле
Коэффициент массопередачи — абсорбции выражает количество вещества, переходящего из одной фазы в другую в единицу времени через единицу поверхности соприкосновения фаз при движущей силе, равной единице. Размерность этого коэффициента должна быть согласована с размерностью движущей силы. Например, если движущая сила выражается как разность давлений, т. е. в мм рт. ст., то размерность будет
Если движущая сила выражается как разность концентраций (кг/м3), то Δ = С'—С, где С — концентрация компонента в одной фазе (жидкой), а С' — концентрация в той же фазе при равновесии с газом, то
Величина К определяется толщинами ламинарных пленок газа и жидкости на границе их соприкосновения и скоростью молекулярной диффузии растворяемого вещества через эти пленки.
В общем виде величина
В случае применения абсорбера с насадкой коэффициент массоотдачи для газовой пленки β1 можно определить на основании закономерности
Подставляя все значения критериев и производя преобразования, находим, что
Коэффициент массопередачи для жидкостной пленки β2 в насадочной колонне можно рассчитать по следующей формуле:
