ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Процессы с межфазным массообменом из "Введение в моделирование химико технологических процессов Издание 2" Процессы, в которых вещества переходят из одной фазы в другую, играют весьма важную роль в химической технологии. Достаточно упомянуть такие из них, как ректификация, абсорбция, экстракция, газо-жидкостные реакции. [c.214] Схема элементарного объема массообменного аппарата с противотоком. [c.215] Описание массообменных процессов подробно изучается в курсе процессов и аппаратов химической технологии [4]. Мы рассмотрим лишь несколько основных вопросов, в первую очередь на примере абсорбции и ректификации бинарных смесей. [c.215] Схемы потоков. Существуют три основные схемы — противоток, прямоток и перекрестный т о к. Различие описаний обусловлено тем, вдоль каких осей и в каком направлении меняются концентрации в обоих фазах. [c.215] Характер контакта фаз — это существенный признак, по которому массообменные аппараты делятся на две большие группы. При непрерывном контакте потоки взаимодействуют непрерывно, без резких изменений характера течения по высоте. Типичный пример таких аппаратов — насадочные колонны. Аппараты со ступенчатым контактом разделены по высоте на ряд последовательных ячеек (ступеней). На каждой ступени фазы вступают в контакт, после чего они разделяются и передаются на соседние ступени (в подавляющем большинстве — противотоком). Типичными примерами таких аппаратов служат тарельчатые колонны, смесительно-отстойные экстракторы. [c.215] Материальный баланс и уравнение рабочей линии. Воспользуемся следующими обозначениями О .— расход газовой (паровой) фазы Ь — расход жидкой фазы у и х — мольные доли в газовой и жидкой фазах поглощаемого компонента (в случае абсорбции) или легколетучего (при ректификации). [c.215] Рассмотрение материального баланса будем вести применительно к потоку, в котором можно пренебречь поперечной неравномерностью концентраций. Если такая неравномерность существует, можно получить те же соотношения, но они будут относиться к усредненным по сечению составам. При этом закон усреднения далеко не всегда тривиален. [c.215] Знаки плюс относятся к ректификации, когда х к у возрастают вверх по колонне, знаки минус — к абсорбции, когда содержание поглощаемого вещества в фазах уменьшается снизу вверх. [c.216] В дальнейшем рассматривается только противоток. [c.216] Уравнение (19.1) сложно для анализа вследствие своей нелинейности оно содержит дифференциалы от произведений переменных. Чаще всего анализ этого уравнения проводят при линеаризующих упрощающих допущениях. [c.216] При анализе абсорбции линеаризовать уравнение (19.1) можно, если выразить расходы фаз не общим количеством газа и жидкости, а количествами их составных частей, не переходящих из фазы в фазу Оо — количеством непоглощаемых составных частей газа и Ьо — количеством поглотителя. Легко видеть, что Со и Ьо не меняются по высоте абсорбера. Тогда и содержание абсорбируемого компонента следует отнести не к общему количеству фазы (что дало бы мольные доли х и у), а к той доле фазы, которая не участвует в массообмене, т. е. выражать относительными концентрациями X и У. Так, У есть число молей поглощаемого вещества, приходящееся да один моль непоглощаемой части газа. [c.216] Анализ ректификации упрощается в тех случаях, когда теплоты испарения компонентов близки друг к другу. Тогда при конденсации одного моля труднолетучего компонента выделяется почти точно столько тепла, сколько нужно для испарения одного моля легколетучего. Конденсация и испарение происходят в равных количествах, в результате чего L и С остаются постоянными. Можно применять уравнение (19.3), заменив знаки минус на плюс. [c.216] Для процесса абсорбции уравнение (19.6) точно лищь при замене X и у на X я У, либо при малых значениях х н у. В общем случае приходится работать с гораздо более сложным, нелинейным уравнением баланса. При описании ректификации записывают два уравнения (19.6)—для укрепляющей и для исчерпывающей частей колонны при значительном различии в теплотах испарения приходится также применять нелинейные уравнения баланса. [c.217] Межфазное равновесие. Равновесие между газом (паром) и жидкостью — явление сложное, что связано в первую очередь со сложностью структуры реальной жидкости, а в ряде случаев — и с неидеальностью газовой фазы. Во многих практически важных случаях равновесие приходится рассчитывать по сложным формулам, применяя вычислительную технику [26]. [c.217] Лишь простейшие системы — смеси изотопов, смеси углеводородов некоторых классов и немногие другие — можно с достаточной точностью считать идеальными для них соблюдается закон Рауля, связывающий равновесное давление любого -го компонента р1 с содержанием его в жидкости л ,-. [c.217] Даже уравнение (19.7), описывающее простейшие системы, приводит к достаточно сложной нелинейной зависимости между равновесными составами фаз хг и у , в чем легко убедиться на примере бинарной смеси. [c.217] Нелинейность зависимости очевидна. [c.217] Уравнение (19.8) носит название закон Генри. Коэффициент т называют константой фазового равновесия, или коэффициентом распределения. Иногда т или обратную величину Н= 1т называют коэффициентом Генри. [c.218] При расчетах уравнение (19.8) часто используют и в условиях, когда закон Генри неприменим. При этом т рассматривают не как константу, а как функцию от х. [c.218] Разность, заключенная в скобки в правой части уравнения (19.9), называют движущей силой массопередачи. [c.218] Вернуться к основной статье