Процессы и аппараты упаковочного производства

КИНЕТИКА АБСОРБЦИИ

Кинетика физической абсорбции. Скорость процесса абсорбции может быть рассмотрена на основе материала, изложенного в гл. 15. Применительно к абсорбции уравнение массопередачи (15.36), если движущую силу выразить в концентрациях газовой фазы, принимает следующий вид:

, (16.17) 51

Если движущую силу выразить в концентрациях жидкой фазы, то уравнение массопередачи записывается следующим образом:

(16.17а)

Коэффициенты массопередачи И В уравнениях (16.17) и (16.17а) определяются в соответствии с уравнениями (15.35) и (15.38) так:

, (16.18)

, (16.18а)

Где Рг коэффициент массоотдачи от потока газа к поверхности контакта фаз; (Зж - коэффициент массоотдачи от поверхности контакта к потоку абсорбента.

Для хорошо растворимых газов величина Т Незначительна и мало диффузионное сопротивление в жидкой фазе. Тогда , и можно принять, что Для плохо растворимых газов можно пренебречь диффузионным сопротивлением в газовой фазе, так как в этом случае значения Т И велики. Toгда и можно считать, что

Для процесса абсорбции в уравнении массопередачи (16.14) молярные концентрации газовой фазы могут быть заменены парциальными давлениями газа, выраженными в долях общего давления. Тогда

Где средняя движущая сила процесса, выраженная в единицах давления; Кр Коэффициент массопередачи, отнесенный к единице движущей силы, выражае­мой через парциальные давления поглощаемого газа.

Если линия равновесия является прямой, то средняя движущая сила процесса по аналогии с уравнением (15.32) выражается так:

(16.19)

Где = Рн — р* И = Рк — р* Движущая сила на концах Абсорбционного Аппара­та; и равновесные парциальные давления газа на входе в аппарат и выходе из него; Рн И Рк Парциальные давления газа на входе в аппарат и выходе из него.

Отметим, что если парциальное давление выражено в долях общего давления p то коэффициенты массопередачи И Численно равны друг другу. Если же парциальные давления выражены в единицах давления, то

Между коэффициентами массопередачи и высотой единицы переноса (ВЭП) имеется непосредственная связь (см. гл. 15). Поэтому анализ кинетики абсорбции может быть проведен аналогично на основе ВЭП. Частные зависимости для определения или для определения коэффициентов массопередачи И Х Будут рассмотрены ниже (см. разд. 16.7).

Кинетика абсорбции, сопровождаемой химической реакцией (хемо-

Сорбция). Химическая реакция, сопровождающая процесс абсорб-ции может оказывать существенное влияние на кинетику процесса. При этом скорость процесса абсорбции определяется не только интенсивностью массопереноса, но также и скоростью протекания химической реакции. Если реакция идет в жидкой фазе, то часть газообразного компонента переходит в связанное состояние. При этом концентрация свободного (т. е. не связанного с поглощенным газом) компонента в жидкости снижается, что приводит к ускорению процесса абсорбции по сравнению с абсорбцией без химического взаимодействия фаз, так как увеличивается движущая сила процесса. В общем случае скорость хемосорбции зависит как от скорости реакции, так и от скорости массопереноса между фазами. В зависимости от того, какая скорость определяет общую скорость процесса переноса массы, различают кинетическую и диффузионную области процессов хемосорбции.

В Кинетической Области скорость собственно химического взаимодействия меньше скорости массопереноса и поэтому лимитирует скорость всего процесса. В Диффузионной Области

Лимитирующей • стадией является скорость диффузии компонентов в зоне реакции, которая зависит от гидродинамических условий в системе и физических свойств и определяется по основному уравнению массопередачи

Если скорости химической реакции и массопередачи соизмеримы, то такие процессы абсорбции относят к Смешанной, Или Диффузионно-кинетической Области.

При определении поверхности контакта фаз для проведения процесса хемосорбции ускорение процесса можно учесть увеличением коэффициента массоотдачи , если считать движущую силу процесса такой же, как и при физической абсорбции. Тогда коэффициент массоотдачи в жидкой фазе при протекании химической реакции можно определить следующим образом:

(16.20)

Где Ф фактор ускорения масеообмсна, показывающий, во сколько paз увеличивается скорость абсорбции за счет протекания химической реакции.

Величину Ф можно определить с помощью графика (рис. I(16.5) в зависимости от комплексов величин у и N.

Ю

Рис. 16-5. Зависимость фактора ускорения Ф от комплексов у

В кинетической и диффузионной областях выражения для расчёта Ф упрощаются.

5.2.5. УСТРОЙСТВО И ПРИНЦИП ДЕЙСТВИЯ АБСОРБЕРОВ

Абсорбция, как и другие процессы массопередачи, протекает на поверхности раздела фаз. Поэтому абсорбционные аппараты - АбСорберы - должны Обеспечить развитую поверхность контакта между жидкой и газовой фазами. По способу образования этой поверхности, что непосредственно связано с конструктивными особенностями абсорберов, их можно подразделить на четыре основные группы: 1) пленочные; 2) насадочные; 3) тарельчатые; 4) распыливающие.