Распыливающие аппараты.
В распыливающих абсорберах поверхность межфазного контакта создается диспергированием жидкости в газовом потоке. По способу диспергирования жидкости эти аппараты подразделяются на следующие группы:
полые (форсуночные),
скоростные прямоточные,
механические
Рис. 2.20. Форсуночный полый распыливающий абсорбер:
1 - колонна; 2 - форсунка.
Рис. 2.21. Абсорбер Вентури: 1 - конфузор; 2 - горловина; 3 - диффузор; 4 - сепаратор.
Форсуночный полый абсорбер (рис.2.20) представляет собой полую колонну, по которой снизу вверх движется поток газа, а сверху с помощью форсунок распыливается жидкость. Допускается небольшие скорости газа (2 – 3 м/с). Реализуется небольшие объемные коэффициенты массопередачи. Применяются для поглощения хорошо растворимых газов.
В скоростных прямоточных абсорберах (абсорберы Вентури) (рис.2.21) жидкость захватывается и диспергируется газовым потоком большой скорости (20 – 30 м/с).
В механических абсорберах диспергирование жидкости происходит с помощью вращающихся устройств (дисков, валов, лопастей и т.д). Направление движения фаз может быть различным. Механические абсорберы достаточно эффективны, однако они более сложны.
85. Перегонка жидкостей. Равновесие в системе жидкость – пар. Закон Рауля.
Перегонка жидкостей представляет собой процесс, в котором разделяемая жидкая смесь нагревается до кипения, а образующийся пар отбирается и конденсируется. В результате получают жидкость – конденсат, состав которого отличается от состава начальной смеси. Повторяя много раз процесс испарения конденсата и конденсации, можно практически полностью разделить исходную смесь на чистые составные части (компоненты).
Процесс перегонки основан на том, что жидкости составляющие смесь, обладают различным давлением пара при одной и той же температуре. Поэтому состав пара, следовательно, состав конденсата отличается от состава исходной смеси: легколетучего (или низкокипящего - НК) в нем больше, чем в исходной смеси. Очевидно, что в неиспарившейся жидкости концентрация труднолетучего (или высококипящего - ВК) компонента будет больше, чем в исходной смеси.
Если исходная смесь состоит из летучего и нелетучего компонента, то их разделяют выпариванием. Посредством же перегонки разделяют смеси, все компоненты которого летучи. Компоненты смеси обладают различной летучестью при одной и той же температуре.
Жидкость, полученная в результате конденсации паров называется дистиллятом (ректификатом), оставшаяся часть – кубовым остатком.
Простая перегонка – процесс однократного частичного испарения смеси и конденсации образовавшихся паров. Простую перегонку применяют для разделения смесей, летучести компонентов которой существенно различны. Обычно простую перегонку используют для предварительного грубого разделения жидких смесей.
Ректификация - наиболее полное разделение смесей жидкостей, целиком или частично растворимых друг в друге. Процесс заключается в многократном взаимодействии паров с жидкостью – флегмой, полученной при частичной конденсации паров.
При взаимодействии поднимающихся паров со стекающей жидкостью происходит частичная конденсация пара и частичное испарение жидкости (флегмы) за счет теплоты конденсации. При этом из пара конденсируется в основном ВК, а из флегмы, в основном, НК. Таким образом, стекающая флегма непрерывно обогащается ВК, а поднимающиеся пары – НК.
В результате выходящий из колонны пар состоит почти целиком из НК. Если же в дефлегматоре происходит лишь частичная конденсация паров и в качестве флегмы от водится конденсат, а оставшиеся пары конденсируются и охлаждаются в конденсаторе-холодильнике 3 с образованием дистиллята, то xФ<yD<xD.
Равновесие в системах жидкость – пар.
В общем случае жидкая смесь может состоять из нескольких компонентов. В простейшем случае из двух, например, из компонентов A и B.
Согласно
правилу фаз Гиббса, число степеней
свободы такой системы = 2 (два компонента
и две фазы):
следовательно, из трех независимых
параметров, полностью определяющих
состояние системы – T°C,
Р и концентрации одной из фаз – можно
произвольно выбрать любые два: при этом
определяется значение третьего параметра,
которое не может быть произвольным.
Обозначим состав жидкой фазы через x, паровой фазы – y. Тогда возможны следующие варианты фазовых диаграмм:
Р – T (x= const),
Р – x (T= const),
T – x,у (Р= const).
Для технических расчетов наиболее важна диаграмма T – x,y, т.к. обычно процесс перегонки в промышленных аппаратах происходит при P= const, т.е. в изобарных условиях.
По степени растворимости жидкости делятся:
взаиморастворимые в любых соотношениях,
идеальные растворы – подчиняются закону Рауля,
нормальные растворы – частично подчиняются закону Рауля,
неидеальные растворы – значительно отклоняются от закона Рауля,
частично взаиморастворимые,
практически взаимонерастворимые.