7.12.Основи розрахунку масообмінних апаратів.
При проведені технологічних розрахунків масообмінних апаратів визначають їх діаметр (якщо апарати циліндричної форми) і висоту (або довжину). Діаметр або переріз апарату відображають його продуктивність, а висота - інтенсивність процесів, що проходять в апараті. Часто після завершення розрахунку розмірів масообмінних апаратів виникає потреба розрахунку гідравлічного опору.
Розрахунок діаметру апарата.
Звичайно діаметр або поперечний переріз S масообмінного апарату визначають за рівнянням витрати
Q = SWo (7.12.1)
де Q - об'ємна витрата суцільної фази, м3/с;
Wo - приведена (або фіктивна) швидкість тієї ж фази, віднесена до повного перерізу апарату, м/с.
Для апаратів круглого перерізу діаметр D, найбільш розповсюджених в техніці, попередній вираз (7.12.1) набуває вигляду
Q=(πD2/4)Wο
(7.12.2)
Звідки
(7.12.3)
Значення Q звичайно буває загадано або його порівняльно нескладно визначити з рівняння матеріального або теплового балансів.
Вибір швидкості Wo є значно складнішим питанням, так як від величини Wo сильно залежить не лише діаметр, але і його висота (так як величина Wo може суттєво впливати на βy і βx), його гідравлічний опір, а також величина бризоуносу. Якщо гідравлічний опір не має великого значення, то при виборі швидкості потрібно враховувати, що звичайно вигідніше брати швидкість, близьку до граничної, що обмежується точкою захлинання. Для найбільш поширених масообмінних апаратів рівняння (часто емпіричні) для розрахунку швидкості захлинання задані. Якщо знехтувати гідравлічним опором неможливо (наприклад, в процесі абсорбції при атмосферному тиску), то необхідно провести техніко-економічний розрахунок для знаходження оптимальної швидкості суцільної фази Wo.
Визначення швидкості потоку для насадкових апаратів.
1). При малих швидкостях газів спостерігається краплинний рух рідини по елементам насадки.
2). З ростом щільності зрошення краплинки зливаються і виникає струмковий та плівковий режим, зростає частка змоченої поверхні. Плівка з ростом швидкості газу турбулізується. Продовження зростання швидкості газу наступає момент зрівноваження сил тертя з масою рідини, що стікає. Виникає точка зависання рідини.
3). Пульсації (та турбулізації) зростають на поверхні насадки, швидкість масопередачі суттєво зростає, виникають завихрення у всьому об'ємі.
4). Виникає зона вільної турбулентності та режим емульгування. Має місце точка інверсії. Рідина охоплена вихрами, та зникає поняття суцільної фази. Цей режим характеризується максимальною інтенсивністю масопередачі.
5). З подальшим ростом швидкості газу, висота шару емульсії стає вище шару насадки, рідина не витікає до низу - це точка захлинання.
Робоча швидкість потоку для насадкових апаратів визначається за рівнянням Wpoб. =0.75 Wзахл.
Швидкість потоку в тарільчатих апаратах
Швидкість залежить від конструктивних особливостей тарілок, відстаней між ними, властивостей газу. При атмосферному тиску ця швидкість змінюється від 0,5 до 2 м/с.
Розрахунок висоти апаратів
Часто за основну характеристику масообмінного апарату приймають його висоту Н. В цьому випадку поверхню фазового контакту F можна виразити як:
F=Va = HSa, (7.12.5)
Де а- питома поверхня контакту фаз (тобто поверхня фазового контакту, в 1м3 об'єму апарату), м2/м3;
S - поперечний переріз апарату (визначається з рівняння витрати: S=Q/W) м2.
Звідки
(7.12.6)
Висоту апарату можна виразити за допомогою висоти одиниць переносу (ВОП) і числа одиниць переносу (ЧОП) як:
H = hOynOy і H = hOxnQx (7.12.7)
де nOу і nОх - загальне число одиниць переносу - зміна робочої концентрації речовини, що розподіляється між фазами, що приходиться на одиницю рушійної сили;
hOy і hOx - висота одиниць переносу (ВОП), за смислом виражають висоту масообмінного апарату, еквівалентну одній одиниці переносу.
8. АБС0РБЦІЯ
Вступ
Абсорбція - це поглинання газів або парів з газових або парових сумішей рідкими поглиначами, що називаються абсорбентами. Зворотній процес виділення рідкого поглинача з суміші газів називають десорбцією. Десорбцію газів проводять відгонкою його в струмі інертного газу або водяного пару в умовах підігріву абсорбенту або зниження тиску над абсорбентом.
В промисловості абсорбцію використовують для вирішення наступних основних задач:
1) для отримання готового продукту - (наприклад, абсорбція SO3 в виробництві сірчаної кислоти, абсорбція HCL з отриманням хлороводневої кислоти, абсорбція оксидів азоту водою в виробництві азотної кислоти і т.д.); при цьому абсорбцію проводять без десорбції;
для виділення цінних компонентів з газових сумішей (наприклад, абсорбція бензолу з коксового газу; абсорбція ацетилену з газів крекінга або піроліза природного газу і т.д.); при цьому абсорбцію проводять з десорбцією;
для очистки газових викидів від шкідливих домішок (наприклад, очистка топочних газів від SO2, очистка від фтористих з'єднань газів, що виділяються при виробництві мінеральних добрив і т.д.). очистку газів від шкідливих домішок адсорбцією використовують також для технологічних газів, коли присутність домішок неприпустима для подальшої переробки газу (наприклад, очистка коксового і нафтового газів від H2S, очистка азотоводневої суміші для синтезу аміаку від СО2 і CO і т.д.). В цих випадках вилучаємі з газових сумішей компоненти звичайно використовують, тому їх виділяють десорбцією;
для суміші газів, коли в абсорбційних процесах (абсорбція десорбція) приймають участь дві фази - рідка і газова - і відбувається перехід речовини з газової фази в рідку (при абсорбції) або навпаки, з рідкої в газову (при десорбції), причому інертний газ і поглинач є лише носіями компонента відповідно в газовій і рідкій фазах в цьому смислі в масопереносі участі не приймають.
Апарати, в котрих проводять процеси абсорбції, називають абсорберами.