ПРОЦЕССЫ ИНЖЕНЕРНОЙ ЗАЩИТЫ ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ

Равновесие в процессах абсорбции

Перенос компонентов соприкасающихся фаз идет до достижения между ними динамического равновесия. Явления, происходящие при абсорбции на гра­нице раздела фаз, описывают на основе двухпленочной теории Уитмена, соглас­но которой изменение концентраций переходящего вещества происходит в тон­ких приповерхностных слоях (пленках) газа FG и конденсированного вещества Fl (рис. 4.2.).

Принимают, что в приграничных пленках конвекция отсутствует, и массоперенос осуществляется исключительно за счет молекулярной диффузии, в то время как перенос из объема газа VG к пленке и от пленки в объем конден­сированной фазы VL происходит очень быстро (например, за счет турбулентной диффузии). Поэтому концентрации переходящего компонента у в объеме газовой фазы VG и х в объеме VL считаются постоянными. В плёнке газа концентрация переходящего компонента падает до значения у! і на поверхности радела фаз S, а пленка конденсированной фазы насыщается до концентрации xs, причем сама поверхность S не оказывает сопротивления переходу компонента. В пленке FL концентрация снижается до постоянного значения х вследствие распределения компонента в объеме VL. Перенос продолжается до достижения равновесия, при котором химические потенциалы переходящего компонента в газовой и конденсированной фазах выравниваются.

В технических расчетах удобнее характеризовать отдаленность системы от равновесного состояния не величиной химического потенциала, а отклонением действительной концентрации компонента в газовой фазе у от равновесной с сопри­касающейся фазой yeq или отклонением действительной концентрации компонента в конденсированной фазе х от равновесной с газовой фазой xeq (при одинаковых р, Т). Исходя из этого движущая сила абсорбции может быть определена как по газовой (Ay = y - yeq), так и по конденсированной (Ax = xeq - x) фазам.

Рассмотрим две фазы G и L, причем распределяемое вещество вна­чале находится только в первой фазе G и имеет концентрацию у. Если при­вести фазы в соприкосновение, то распределяемое вещество начнет пере­ходить в фазу L. С момента появления распределяемого вещества в фазе L начнется и обратный переход его в фазу G.

Is f, \ і і

Равновесие в процессах абсорбции

Равновесие в процессах абсорбции

Скорость обратного перехода будет увеличиваться по мере повы­шения концентрации распределяемого вещества в фазе L. В некоторый момент скорости перехода вещества из фазы G в фазу L и обратно станут одинаковыми. При этом установится состояние равновесия между фазами. Таким образом, состояние равновесия - это такой момент массообменного процесса, при котором скорости перехода вещества из одной фазы в дру­
гую и обратно равны. Однако это вовсе не означает равенство концентра­ций в фазах.

В состоянии равновесия существует определенная зависимость меж­ду концентрациями распределяемого вещества в обеих фазах:

- любой концентрации х этого вещества в фазе L соответствует равновесная концентрация у* в фазе G:

У* = f (x). (4.1)

При абсорбционной очистке газов концентрации улавливаемых примесей обычно невелики, что позволяет рассматривать систему как слабоконцентриро­ванную. Концентрации, соответствующие равновесию фаз, т. е. равновесные кон­центрации в газовой и конденсированной фазах, для таких систем достаточно точно определяются законами Рауля и Генри.

В качестве основного закона, характеризующего равновесие в систе­ме газ-жидкость, используется закон Генри, согласно которому мольная доля газа в растворе х, при данной температуре пропорциональна парци­альному давлению газа над раствором:

X = P/e, (4.2)

Где x, - мольная доля i-го компонента в жидкости; P, - парциальное давле­ние i-го компонента в газе при равновесии, Па; E, - коэффициент Генри, Па.

С ростом температуры растворимость газов в жидкостях уменьшает­ся.

Согласно закону Дальтона парциальное давление компонента в газо­вой смеси равно общему давлению, умноженному на мольную долю этого компонента в смеси:

TOC \o "1-3" \h \z Pt = P. у или yt = pj /p, (4.3)

Где P - общее давление газовой смеси.

Используя закон Генри, получим

У, = Px /P = {Et /P). Xj (4.4)

Или У, = Aр. xi, (4.5)

Где Aр = m = E, / P - константа фазового равновесия.

Анализ и расчёт процесса абсорции удобно проводить, выражая кон­центрации распределяемого газа в относительных единицах, т. к. в этом случае расчётные значения потоков газовой и жидкой фаз постоянны. По­этому в уравнениях равновесия концентрации х и у, выраженные в моль­ных долях, заменяют на X и Y, выраженные в относительных мольных до­лях:

Хг У та x Y X.

Y = ; X =--------------- ; у =--------- ; x =---------- , (4.6)

[1] - у 1 - x 1 + Y 1 + X

где 1 (единица) - один кг носителя (фазы) носителя. Тогда уравнение равновесия будет

- АР •\

7 = 1 + ( - Ар. (4.7)

При незначительных концентрациях X уравнение приобретает про­стой вид

7 - Ар ' X. (4.8)

К факторам, улучшающим растворимость газов в жидкостях, отно­сятся повышенное давление и пониженная температура, а к факторам, спо­собствующим десорбции - пониженное давление, повышенная температу­ра и прибавление к абсорбенту добавок, уменьшающих растворимость га­зов в жидкостях.

Равновесие между фазами можно представить графически на (у - х) - диаграмме. На этой диаграмме по оси абсцисс откладывается концентра­ция х распределяемого вещества в фазе L, а по оси ординат — его концен­трация у в фазе G.

Равновесие между фазами представляют в виде графической зависи­мости равновесной концентрации компонента в газовой фазе 7* от его концентрации в жидкой фазе X, т. е. используют зависимость 7* = f(X). Кривая ОС, изображающая зависимость равновесной концентрации у* от х, называется линией равновесия (рис.4.3).

Равновесие в процессах абсорбции

Рис. 4.3. Линия равновесия на диаграмме (у - x).

Для практических расчетов пользуются полученными из опыта зна­чениями равновесного парциального давления газа p* и вычисляют Y* по уравнению

Y = (MK/MK)[p*/(P - /)], (4.9)

Где Мк, Мн - соответственно молекулярная масса компонента и масса но­сителя, кг; P - общее давление в системе.

*

Согласно закону Генри, равновесное парциальное давление p про­порционально содержанию растворенного газа в растворе Х (в кг/кг погло­тителя):

Р= У X, (4.10)

Где у - коэффициент, имеющий размерность давления. Он зависит от свойств растворенного газа и температуры.

После подстановки формулы (4.10) в уравнение (4.9) получим: Y = (Мк/Мн)[ у X /(P - у X)]. (4.11)

Уравнение (4.11) используют при построении линии равновесия в координатах Y—X.

Если абсорбция ведется без отвода тепла или с неполным его отво­дом, температура процесса повышается из-за выделения тепла при раство­рении газа в жидкости.

Количество выделяющегося при абсорбции тепла составляет Q = М Ф = Ф-L^ - X2), (4.12)

Где М - количество поглощенного компонента, кг/с; Ф - дифференциаль­ная теплота растворения, Дж/кг (это количество тепла, выделяющегося при поглощении 1 кг компонента в растворе данной концентрации).

Считаем, что всё выделяющееся тепло идет на нагревание жидкости: Q = L c(t1 - t2), (4.13)

Где c - удельная теплоемкость жидкости, Дж/(кгК); t1, t2 - температуры жидкости на выходе из абсорбера и на входе, соответственно, °С.

Приравняем правые части уравнений (4.12) и (4.13), получим: Ф(^ - X2) = c(t1 - t2). (4.14)

Для части абсорбера, расположенной выше сечения, в котором со­став жидкости равен X, а температура t, уравнение (4.14) примет вид: Ф(Х - X2) = c(t - t2). (4.15)

Из последнего уравнения выразим t:

T = t2 + Ф(Х - X2). (4.16)

Где t - температура жидкости в любом сечении абсорбера, °С, при составе жидкости, равном X.

Уравнение (4.16) также используют при построении линии равно­весия.

Методика графического построения равновесной линии включает следующие стадии:

- задаются интервалом значений X, исходя из исходных данных;

- для каждого значения Х определяют температуру жидкости по уравнению (4.16);

- для вычисленных значений температуры жидкости t определяют

Соответствующие величины у;

*

- определяют Y для каждой t и, соответственно, для конкретного X.

ПРОЦЕССЫ ИНЖЕНЕРНОЙ ЗАЩИТЫ ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ

Классификация промышленных отходов

Классификация промышленных отходов (ПО), образующихся в ре­зультате производственной деятельности человека, необходима как сред­ство установления определенных связей между ними с целью определения оптимальных путей использования или обезвреживания отходов. Обобщение и анализ …

Схемы абсорбционных процессов

В практике абсорбции используются несколько принципиальных схем проведения процесса. Наиболее широко применяются прямоточная (рис. 4.7,а) и противоточная (рис. 4.7,б) схемы. Абсорбция G X Z, X н G Y Xк Б) …

Биохимические процессы защиты окружающей среды

Биохимические методы применяют для очистки хозяйственно - бытовых и промышленных сточных вод от многих растворенных органи­ческих и некоторых неорганических (сероводорода, сульфидов, аммиака, нитритов) веществ. Процесс очистки основан на способности микроорга­низмов …

Как с нами связаться:

Украина:
г.Александрия
тел./факс +38 05235  77193 Бухгалтерия
+38 050 512 11 94 — гл. инженер-менеджер (продажи всего оборудования)

+38 050 457 13 30 — Рашид - продажи новинок
e-mail: msd@msd.com.ua
Схема проезда к производственному офису:
Схема проезда к МСД

Оперативная связь

Укажите свой телефон или адрес эл. почты — наш менеджер перезвонит Вам в удобное для Вас время.