Физические основы процесса абсорбции
Растворимость газа в жидкости зависит от свойств газа и жидкости, от температуры и парциального давления газового компонента в газовой смеси над жидкостью и характеризуется законом Генри:
где - парциальное давление газового компонента над жидкостью, Н/м2, т. е. это давление, которое имел бы этот компонент в объеме газовой смеси, если бы в этом объеме не было других газовых компонентов; - коэффициент пропорциональности, имеющий размерность давления и зависящий от свойств растворенного газового компонента, жидкости и температуры; - содержание газового компонента в жидкости, кг/кг поглотителя.
Зная парциальное давление газового компонента в газовой смеси, можно найти его объемную концентрацию
где М - молекулярная масса компонента, кг; - парциальное давление газового компонента, Н/м2; R- газовая постоянная, равная 8314 Дж/(кг·°С); - температура газа, °С.
Чем выше парциальное давление газового компонента в газовой среде над жидкостью, тем большее его количество может раствориться в жидкости. С повышением температуры растворимость газа в жидкости понижается. По истечении некоторого времени между жидкостью и газом всегда устанавливается равновесное состояние, при котором в жидкость будет поступать из газа и из жидкости будет выделяться в газ одинаковое количество газообразного компонента. Если в жидкости отсутствует газообразный компонент, способный в ней раствориться, то как бы ни было мало его количество в газе над жидкостью, часть его перейдет в жидкость. Такое же явление наблюдают при переходе газового компонента из жидкости в газ, в котором он отсутствует.
Растворимость газа в жидкости зависит и от характеристики жидкости. В некоторых жидкостях газ может хорошо растворяться, в других - плохо. Поэтому для очистки газа от какого-либо газообразного компонента необходимо применять определенную промывную жидкость. Закон Генри не применим к высококонцентрированным растворам и тогда, когда между растворяемым компонентом и жидкостью осуществляется химическое взаимодействие. Таким образом, в процессе абсорбции происходит массообмен между газом и жидкостью, в результате чего определенный газовый компонент постепенно переходит в жидкость. Количество жидкости, которое требуется для растворения данного количества газообразного компонента, определяется на основании материального баланса массообмена. Рассмотрим процесс массообмена, происходящий в насадочном скруббере, в котором газ движется снизу вверх навстречу орошающей его жидкости. Обозначим количество газа, которое требуется очистить, Gкг/с, а количество жидкости, требуемой для растворения содержащегося в газе газообразного компонента, Lкг/с. Пусть концентрация газового компонента, подлежащего удалению из газа, была в газе на входе его в аппарат ункг/кг, а на выходе из аппарата ук кг/кг. Содержание этого же газообразного компонента в жидкости, поступающей на орошение, будет хикг/кг, а на выходе из аппарата хккг/кг. Тогда количество газового компонента, которое должно быть выведено из газа, составит M=G(yн—ук) кг/с. Это же количество газового компонента растворится в жидкости М = L(хк—хн) кг/с. Следовательно, можно записать уравнение материального баланса массообмена
G(yн—ук)= L(хк—хн) (5.3)
откуда количество промывной жидкости составит
Из уравнения (5.4) можно найти удельный расход поглотительной жидкости
Эта формула представляет собой уравнение прямой с тангенсом угла наклона, равным m, которое характеризует изменение концентрации газового компонента по высоте аппарата. Такую линию называют рабочей линией процесса массообмена. Количество газового компонента, переходящего в единицу времени из газовой среды в жидкость, зависит от разности концентраций этого компонента в газе и жидкости, от поверхности соприкосновения газовой среды с жидкостью и способа их соприкосновения, а также от свойств газа и жидкости:
М = KFΔкг/с, (5.6)
где F- поверхность соприкосновения газа с жидкостью, м2; ∆ -движущая сила массопередачи (абсорбции) представляет собой среднюю разность концентраций поглощаемого газового компонента в газовой среде в начале процесса и равновесной концентрации этого компонента над поглощаемым раствором. Движущая сила процесса может быть выражена в любых единицах, применяемых для выражения состава фаз, кг/м3, Н/м2, кг/кг; К - коэффициент пропорциональности, называемый коэффициентом массопередачи, который характеризует скорость растворения газового компонента в жидкости. Размерность К зависит от размерности движущей силы процесса массопередачи.
Из уравнения (5.6) можно найти значение поверхности соприкосновения газовой и жидких фаз, которая определяет размер аппарата для очистки таза
Для получения аппаратов меньшего размера нужно создать такие условия, при которых значения коэффициента массопередачи К и движущей силы массопередачи Δ были бы максимальными.
Дата добавления: 2017-09-01; просмотров: 1546;