5.2.2 Материальный баланс и расход абсорбента.

Противоток:

G – расход инертного газа; L – расход абсорбента; - начальная и конечная концентрация абсорбтива в газовой смеси, кмоль/кмоль инертного газа; - начальная и конечная концентрация абсорбтива в в поглотителе кмоль/кмоль абсорбента.

Из уравнения (5.78) обычно определяют L:

Уравнение (5.78) можно представить в виде:

Уравнение (5.80) носит название рабочей линии. Она, рабочая линия, в координатах У-Х прямая с углом наклона, тангенс которого равен . найдём связь с размером аппарата. Заданы . Необходимо найти .

5.2.5 Конструкции абсорберов.

Абсорбция протекает на поверхности раздела фаз. По способу образования поверхности раздела фаз абсорберов можно разделить на 4 группы:

- плёночные

- насадочные

- тарельчатые

- распыливающие.

Плёночные абсорберы.

Вместо труб могут быть плоские листы. Пакет листовой насадки из различного материала.

Допускаемая скорость воздуха W=3-6 м/с. Далее начинается захлёбывание (подвисание плёнки) аппарата. Δр аппарата – небольшие.

W газа > 10 м/с, Δр растёт, большие. Растёт Ку .

Насадочные абсорберы.

Они наиболее широко распространены в промышленности. Газ оттесняет жидкость к периферии. Поэтому насадки используются секциями высотой до 4D.

Насадки – твёрдые тела различной формы. Жидкость в насадочной колонне течёт по элементу насадки в виде тонкой плёнки. При перетекании жидкости с одного элемента на другой плёнка жидкости разрушается и далее образуется вновь. Часть жидкости проходит вниз в виде струек, капель и брызг.

Основные характеристики насадок:

1. удельная поверхность а (м2/м3);

2. свободный объём ε (м3/м3);

3. свободное сечение S (м2/м3).

4. эквивалентный диаметр

Обычно принимают S = ε.

Рис.2. Зависимость гидравлического сопротивления насадки от фиктивной скорости газа в колонне при постоянном расходе жидкости

При малых скоростях относительного движения фаз взаимодействие между ними незначительно, жидкость смачивает поверхность насадочных элементов, стекая в виде пленки; сопротивление насадки пропорционально сопротивлению сухой насадки. Такой режим называется пленочным. Пленочный режим заканчивается в первой переходной точке A.

При дальнейшем увеличении скорости газа возрастает трение между фазами, происходит торможение потока жидкости, скорость течения жидкости уменьшается, толщина ее пленки и количество жидкости, удерживаемой в насадке, увеличиваются. Этот режим называется режимом подвисания, в котором спокойное течение пленки нарушается: появляются завихрения, брызги, т.е. создаются условия перехода к барботажу. Интенсивность процесса массопередачи возрастает, но и увеличивается гидравлическое сопротивление. Режим подвисания заканчивается во второй переходной точке B.

Дальнейшее увеличение скорости газа приводит к резкому увеличению количества удерживаемой насадкой жидкости и росту гидравлического сопротивления слоя насадки. Этот режим называется захлебыванием колонны (барботажным, или режимом эмульгирования) и характеризуется отрезком BC. В этом режиме наступает обращение, или инверсия фаз (жидкость становится сплошной фазой, а газ – дисперсной). Образуется газожидкостная дисперсная система, по внешнему виду напоминающая барботажный слой (пену) или газо-жидкостную эмульсию.

Режим эмульгирования характеризуется тем, что интенсивность межфазного обмена субстанциями достигает своего предела при условии сохранения противоточного течения фаз в свободном сечении насадки. В этом режиме достигаются:

• предельно возможная скорость газовой фазы w₀ в насадочной колонне;

• максимально возможная поверхность контакта фаз;

• предельно интенсифицированная гидродинамическая обстановка у границы раздела фаз.

Роль насадки при этом сводится к дроблению газовых вихрей на большое количество мелких пузырьков, пронизывающих жидкость, распределению их по всему сечению.

Дальнейшее увеличение расхода газа приводит к возникновению режима уноса. В этом режиме происходит вторичная инверсия фаз: газ снова становится сплошной фазой, и жидкость выносится из аппарата вместе с газом в основном в виде брызг. Режим уноса на практике не применяется.

В режимах подвисания и эмульгирования целесообразно работать, если повышение гидравлического сопротивления не имеет существенного значения (например, в процессах абсорбции, проводимых при повышенном давлении). Оптимальный гидродинамический режим в каждом конкретном случае можно установить только путем технико-экономического расчета.

Насадка должна удовлетворять следующим требованиям:

1. обладать как можно большей удельной поверхностью;

2. хорошо смачиваться орошающей жидкостью;

3. оказывать малое гидравлическое сопротивление газовому потоку;

4. иметь большой свободный объем;

5. иметь малую плотность;

6. равномерно распределять орошающую жидкость;

7. быть стойкой к агрессивным средам;

8. обладать высокой механической прочностью;

9. иметь малую стоимость.

Для нормальной работы насадок необходимо грамотно распределить потоки газа и жидкости. Для этого в колонне устанавливают специальные распределительные устройства. Неравномерное распределение значительно снижает эффективность работы насадочной колонны.