Тема: Понятие о равновесии фаз
Рассмотрим в качестве примера процесс массопередачи, в котором аммиак, представляющий собой распределяемый компонент, поглощается из его смеси с воздухом чистой водой, т.е. в виду отсутствия равновесия переходит из газовой фазы, где его концентрация равна у, в жидкую фазу Первоначальные неравновесные концентрации фаз (у - концентрация аммиака в воздухе, в передающей фазе; х = 0; концентрация аммиака в воспринимающей фазе) называются рабочими концентрациями. В самом общем виде связь между концентрациями распределяемого вещества в фазах при равновесии выражается зависимостью: У = f(X); или X = f(Y) Эта зависимость изображается линией, которая носит название рабочей линии процесса. Уравнение массопередачи При отклонении от состояния равновесия происходит переход вещества из фазы, в которой его содержание выше равновесного, в фазу, где содержание этого вещества ниже равновесного. Скорость перехода вещества пропорциональна степени отклонения от равновесия, которую можно выразить как разность концентраций - рабочей концентрации вещества в одной из фаз и равновесной концентрацией в ней данного вещества. Эта разность концентраций является движущей силой процесса массопередачи.
Кроме того, скорость перехода вещества пропорциональна поверхности соприкосновения фаз. Скорость перехода вещества можно определить, как количество вещества, переходящего в единицу времени из одной фазы в другую. М = К F ΔСt где: М - количества вещества, перешедшего из одной фазы в другую, кг/сек; К - коэффициент пропорциональности, называется коэффициентом массопередачи; F - поверхность соприкосновения фаз, Δ - движущая сила процесса массопередачи. Движущая сила может быть выражена в любых единицах, применяемых для выражения составов фаз. Коэффициент массопередачи выражает количество вещества, переходящего из одной фазы в другую за единицу времени через единицу поверхности соприкосновения при движущей силе, равной 1. Если движущая сила выражается в виде разности объемных концентраций (кг/ Δ = С*- С где: С - фактическая концентрация компонента в одной из фаз; С* - равновесная концентрация компонента в той же фазе. Тогда уравнение примет вид: М = Массообмен с участием твердой фазы В твердой фазе конвекция отсутствует и перенос вещества характеризуется уравнением массопроводности, аналогичным уравнению молекулярной диффузии: М = где: х - коэффициент пропорциональности, имеющий размерность коэффициента диффузии и называется коэффициентом массопроводности;
τ - время; δ - толщина слоя, м; F - поверхность соприкосновения. Если распределяемое вещество переносится из твердой фазы в омывающую ее жидкую, газовую или паровую фазу, то в пределах твердой фазы вещество перемещается вследствие массопроводности к границе раздела фаз и далее переносится в омывающую фазу путем конвективной диффузии.
Перемещение вещества вследствие массопроводности является неустановившимся процессам, в начальный момент концентрация вещества (
Лекция №13 Тема: Абсорбция Абсорбцией называется процесс поглощения газов или паров из газовых или парогазовых смесей жидкими поглотителями (абсорбентами). При физической абсорбции, поглощаемый газ (абсорбтив), не взаимодействует химически с абсорбентом. Если же абсорбтив образует с абсорбентом химическое соединение, то процесс называется хемосорбцией. Физическая абсорбция в большинстве случаев обратима. На этом свойстве абсорбционных процессов основано выделение поглощенного газа из раствора - десорбция. Сочетание абсорбции с десорбцией позволяет многократно применять поглотитель и выделять поглощенный компонент в чистом виде. В промышленности процессы абсорбции применяются главным образом для: 1 ) извлечения ценных компонентов из газовых смесей; 2) для очистки этих смесей от вредных примесей. (Например, поглощение аммиака, бензола из коксового газа, абсорбция хлористого водорода водой и др.) В качестве абсорбентов могут применяться вода, органические растворители. На химическом комбинате в основном применяются высококипящие углеводороды: пентан, гексан, бензин и др. или сжиженные газы – бутаны, бутилены, пропан, пропилен и др. Метод применяется, когда разница между температурами кипения не менее 10°С. Разделение идет за счет разницы температур кипения, но с помощью холодного абсорбента, который орошает колонну сверху. Абсорбцию проводят при температуре не выше 20°С, т.к. резко падает растворимость газов. Абсорбент увлекает за собой вниз колонны высококипящий компонент. Соотношение абсорбента и углеводорода составляет 5-8:1.
Абсорбенты должны обладать избирательным действием, т.е. хорошо поглощать не всю смесь газов или паров, а лишь определенные компоненты. и хранят в герметически закупоренной посуде. Процесс проводят при пониженной температуре, т.к. при понижении температуры Абсорбция - процесс диффузионный, поэтому скорость абсорбции определяется скоростью диффузии. Исходя из уравнения массопередачи:
М = К F Δ
для ускорения процесса и для достижения высокой степени поглощения необходимо увеличивать разность концентраций диффундирующего вещества в газе и в пограничном слое жидкости. Поэтому необходимо обеспечить наибольшую поверхность соприкосновения газа (пара) с жидкостью и постоянную смену пограничных с газом слоев жидкости. В этих целях в абсорберах различными способами осуществляют увеличение поверхности соприкосновения фаз и взаимодействующие вещества проходят через аппарат непрерывно противотоком друг другу Поскольку в процессе абсорбции происходит растворение газов в жидкости, на ход процесса оказывает также значительное влияние давление газа и температура абсорбента. Пример: приготовление газированной воды, которую насыщают двуокисью углерода при повышенном давлении (более 4 кГс/ При нагревании использованного абсорбента, поглощенный им газ, выделяется из жидкости, т.е. происходит процесс десорбции. На практике десорбцию осуществляют как с повышением температуры абсорбента, так и понижением давления, при этом не только происходит выделение поглощенных газов, но и восстанавливается поглотительная способность абсорбента. Удельный расход поглотителя Удельный расход поглотителя, т.е. количество поглотителя, необходимое для поглощения какого-либо компонента из 1 кг газовой смеси, находится в зависимости от величины поверхности соприкосновения фаз, т.е. в конечном счете от размеров абсорбера. Чем меньше размер абсорбера, тем больше потребуется поглотителя для обеспечения необходимой степени извлечения поглощаемого компонента.
Материальный баланс Материальный баланс характеризуется уравнением:
М = G(
где: G – количество газа, L – количество поглотителя, Y1 – начальная концентрация компонента в газовой фазе, Y2 – конечная концентрация компонента в газовой фазе, Х1 – начальная концентрация компонента в жидкой фазе, Х2 – конечная концентрация компонента в жидкой фазе, L = G называется удельным расходом поглотителя. Отношение количества фактически поглощенного компонента ( Лекция № 14
Воспользуйтесь поиском по сайту: ![]() ©2015 - 2025 megalektsii.ru Все авторские права принадлежат авторам лекционных материалов. Обратная связь с нами...
|