ПРОЦЕССЫ ИНЖЕНЕРНОЙ ЗАЩИТЫ ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ

Кинетические закономерности абсорбции

Движущей силой абсорбции является разность между парциальным давлением растворимого газа в газовой смеси и его равновесным давлени­ем над пленкой жидкости, контактирующей с газом. Абсорбция происхо­дит в том случае, если парциальное давление абсорбируемого компонента в газовой фазе больше равновесного парциального давления этого же ком­понента над данным раствором. Чем больше разница между этими давле­ниями, тем больше движущая сила и тем с большей скоростью протекает абсорбция.

Если значение движущей силы не является положительным числом, то абсорбции не происходит. Если значение представляет отрицательную величину, то происходит десорбция, и количество загрязнителей в обраба­тываемом газе может возрасти.

Скорость процесса абсорбции при переносе вещества из одной фазы в другую определяется уравнениями массопередачи:

M = K-F - ДYс„; M = K-F - ДХ с

~y ср' x ср ■
где Ky и КХ - коэффициенты массопередачи по газовой и жидкой фазам; F

- поверхность контакта фаз; А7ср, АХср - средняя движущая сила соответст­венно в газовой и жидкой фазах.

Для определения скорости абсорбции необходимо знать движущую силу процесса, которая выражается разностью концентраций компонента в одной из фаз и равновесной концентрацией (или обратной разностью), т. е. АГср = Y - Ґ; (4.43)

АХСр = X* - X. (4.44)

Чем больше эта разность, тем с большей скоростью протекает про­цесс. Она изменяется по высоте аппарата и зависит от многих факторов, в том числе от характера движения фаз.

Концентрация газовой и жидкой фазы изменяется при движении фа­зы вдоль поверхности их соприкосновения; вследствие этого обычно изме­няется вдоль поверхности соприкосновения и движущая сила массопере - дачи. При расчете пользуются средним значением движущей силы.

Среднюю движущую силу процесса массопередачи можно рассчитать как среднюю интегральную, среднюю логарифмическую или среднюю арифметическую величину из движущих сил на входе в аппарат и на выхо­де.

Средняя интегральная величина используется в том случае, если равновесная линия на диаграмме Y-X является кривой:

(Y - Y)

АYcp = --------- ^. (4.45)

F dY

Y Y - Y *

Средняя логарифмическая величина движущей силы используется в том случае, когда равновесная линия на диаграмме Y-X является прямой Y*

= mx:

АYб - АYм

AV _ ______ б____ м___

АГСр = 2,3 * Ig^/ АYм(4.46)

АХ б - АХ м

* у __ ______ б_____ м___

АХСр = 2,3 * МАХ б/ АХ м); (447)

АYБ = Yн - Yн *; А/k = YK - YK*; (4.43)

АХ б = Хк * - Хк; АХм = Хн * - Хн, (4.49)

Где Y - равновесная концентрация в газовой фазе, мольные доли (масс. доли); Х - равновесная концентрация в жидкой фазе, мольные доли (масс. доли); Yh, Yk - концентрация компонента в газовой фазе на входе в аппарат и на выходе мольные доли (масс. доли); m - коэффициент распределения;

Д Y, Д YM, ДХ8, SXM - большая и меньшая движущая сила процесса моль­ные доли (масс. доли).

Средняя арифметическая величина движущей силы используется, когда О^/^м) < 2:

ДYcp = + ДYм)/2. (4.50)

Коэффициенты массопередачи связаны с коэффициентами массоот-

Дачи:

KY ="Л-------- ; Kx = . 1 . , (4.51)

У 1 т 11

— +------- ----------------------- +--------

РГ Рж Рж m вг

Где рг и рж - коэффициенты массоотдачи соответственно в газовой и жидкой фазах.

Член (1/рг) выражает сопротивление переходу вещества в газовой фазе G, член (т/рж) - сопротивление в жидкой фазе L.

Для хорошо растворимых газов величина т незначительна, т. е. (1/рг) >> (1/рж) и можно принять, что Ky « рг Следовательно, в такой системе все сопротивление массопередаче сосредоточено в газовой фазе. При малой растворимости газа в жидкости (1/рж) >> (1/т рг), поэтому можно полагать Kx « рж. В этом случае все сопротивление массопередаче сосредоточено в жидкой фазе.

При протекании химической реакции в жидкой фазе абсорбируемый компонент вступает в реакцию с поглотителем. При этом возрастает гра­диент концентраций у поверхности раздела, и по сравнению с физической абсорбцией скорость поглощения увеличивается.

Коэффициент ускорения абсорбции в жидкой фазе при протекании химической реакции равен

К = рж'/рж, (4.52)

Где рж и рж' - коэффициенты массоотдачи в жидкой фазе для физической абсорбции и хемосорбции.

Связь коэффициента массопередачи с коэффициентами массоотдачи при хемосорбции определяется уравнениями

1/КГ' = (1/рг) + (т/рж'); (4.53)

(1/КЖ') = (1/т рг) + (1/рж'). (4.54)

Коэффициент ускорения зависит от скорости химической реакции и степени турбулизации жидкости.

По мере протекания хемосорбции коэффициент массоотдачи в жид­кой фазе рж' уменьшается, что затрудняет вычисление движущей силы.

При абсорбции, сопровождающейся химической реакцией, возникает поверхностная конвекция, значительно ускоряющая процесс массопереда - чи.