Методы расчета

Физическая абсорбция

Определение коэффициента молекулярной диффузии углекислого газа в воде

Количество газа (моль), абсорбируемого единицей спокойной поверхности жидкости (см²) за какое-то время  равно:

,

где А^  концентрация газа растворенного у поверхности жидкости, равновесная с составом газа в основной массе жидкости, моль/см³;

А⁰ – концентрация растворенного газа в основной массе жидкости, моль/см³;

D_А – коэффициент диффузии углекислого газа в воде, см²/с;

 - время абсорбции, с.

Поскольку объем воды в реакторе большой, то прирост концентрации углекислого газа в массе жидкости за короткий период абсорбции незначителен и им можно пренебречь, т.е. можно принять А⁰ = 0.

Равновесная концентрация углекислого газа может быть определена по данным, приведенным в таблице 3 приложения.

Определение коэффициента массоотдачи углекислого газа в воде

Скорость абсорбции углекислого газа, перемешиваемого непроточной водой может быть определена по формуле:

R_А = K_L^a(A^  A⁰),

где R_А – скорость абсорбции за время , моль/(см³с);

а – поверхность контакта, отнесенная к единице объема жидкости, см ^–1;

K_L^  коэффициент массоотдачи в жидкой фазе, см/с.

По указанной выше причине можно принять А⁰ = 0 и по данным опытов при разной интенсивности перемешивания определить коэффициент массоотдачи.

Абсорбция углекислого газа карбонат-бикарбонатным раствором

Определение константы скорости

псевдопервого порядка

В случае массопереноса газа в растворе молекулярной диффузией (при отсутствии перемешивания), процесс сопровождается реакцией первого порядка и при условии k₁ 1 скорость абсорбции может быть рассчитана по уравнению

.

Проводя опыты по абсорбции углекислого газа карбонат-бикарбонатным раствором при различных температурах можно определить константы скорости реакции при каждой из них и энергию активации реакции.

Определение коэффициента ускорения абсорбции углекислого газа карбонат-бикарбонатным раствором

Поглотительный раствор обладает буферными свойствами и в процессе абсорбции углекислого газа в течение какого-то времени химическая активность раствора остается постоянной. Это позволяет рассматривать процесс стационарным, у которого скорости стадий (абсорбции и химической реакции) равны

R_А = K_L^/a(A^  A⁰) = k₁A⁰, где К_L^/  коэффициент массоотдачи, осложненный химической реакцией, см/с.

За счет химической реакции коэффициент массоотдачи увеличивается в несколько раз по сравнению с физической абсорбцией:

К_L^/ =   К_L^

  параметр называют коэффициентом ускорения массоотдачи.

В уравнение входит неизвестная концентрация углекислого газа в массе раствора А⁰. Для исключения неизвестной концентрации А⁰ запишем отдельно выражение скоростей массопереноса и реакции, преобразуем и сложим:

R_А = K_L^/a(A^  A⁰)

R_А = k₁A⁰

+

____________________________

Тогда R_А =

Или

.

Первый член в знаменателе уравнения (1/k₁) характеризует величину сопротивления протекания химической реакции, второй (1/К_L^/а) – величину сопротивления массопереноса. Сопоставляя коэффициенты массоотдачи физической абсорбции и хемосорбции, полученные при одинаковых температуре и интенсивности перемешивания, можно по уравнению определить коэффициент ускорения.