ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Гетерогенные процессы с межфазным Массообменом из "Введение в моделирование химико технологических процессов " Не останавливаясь подробно на моделях массообменных процессов, ограничимся сравнительно простыми случаями и лишь несколькими основными вопросами, относящимися к описанию абсорбции и ректификации бинарных смесей. [c.140] НИИ изменяются концентрации в обеих фазах. Разницу между противотоком и прямотоком рассмотрим ниже, на примере записи уравнений материального баланса в основном будем говорить лишь о важнейшем варианте — противотоке. [c.141] Существенный признак, по которому массообменные аппараты делятся на две большие группы,— это характер контакта фаз. В аппаратах с непрерывным контактом потоки взаимодействуют непрерывно, без резких изменений характера течения. Типичный пример таких аппаратов — насадочные колонны. Аппараты со ступенчатым контактом разделены на ряд последовательных ячеек (ступеней). На каждой ступени осуществляется контакт фаз, после чего фазы разделяются и переходят на соседние ступени (в подавляющем большинстве — противотоком). Типичные примеры — тарельчатые колонны, смесительно-отстойные экстракторы. [c.141] Описание обоих типов контакта рассмотрим на двух примерах абсорбции и ректификации. [c.141] Л1атериальиый баланс и уравнение рабочей линии. Воспользуемся следующими обозначениями С — расход газовой (паровой) фазы I — расход жидкой фазы у их — мольные доли в газовой и жидкой фазах поглощаемого компонента (в случае абсорбции) или легколетучего (при ректификации). [c.141] Знаки плюс относятся к случаю ректификации, когда х и у возрастают вдоль оси I, т. е. вверх по колонне. Знаки минус относятся к абсорбции, когда хну при противотоке уменьшаются снизу вверх. [c.141] В дальнейшем будем рассматривать только противоток. [c.141] Уравнение (24.1) очень сложно для анализа из-за нелинейности под знаком дифференциала стоит произведение переменных. Поэтому чаще всего анализ этого уравнения проводят при линеаризующих упрощающих допущениях. [c.141] При анализе абсорбции линеаризовать уравнение (24.1) можно, если выражать 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 о — количеством поглотителя. Легко понять, что Оп и Ь не меняются по высоте абсорбера. Тогда и содержание абсорбируемого компонента следует относить не к общему количеству фазы (что дало бы мольные доли X и у), а к тон доле фазы, которая не участвует в массообмене, т. е. выражать относительными концентрациями X и У. Так, К есть число молей поглощаемого компонента, приходящееся на один моль непоглощаемой части газа. [c.142] Анализ ректификации упрощается в тех случаях, когда теплоты испарения разделяемых компонентов близки друг к другу. Тогда при конденсации моля труднолетучего компонента выделяется почти точно столько тепла, сколько нужно для испарения моля легколетучего. Конденсация и испарение проходят в равных количествах, в результате чего ОиЬ остаются постоянными. Можно применять уравнение (24.3), заменив знаки минус на плюс. [c.142] Уравнение (24.5) называют уравнением рабочей линии. Необходимо помнить, что для процесса абсорбции оно точно лишь при замене /ихнаУ иА, ав записанной выше форме его можно применять лишь при малых значениях х и /. [c.142] При описании ректификации записывают два уравнения (24.5)-— для укрепляющей и для исчерпываю дей частей колонны. [c.143] Нелинейность зависимости у от х очевидна. [c.143] Для большинства смесей равновесные соотношения отклоняются от уравнения (24.6) и не могут быть рассчитаны теоретически приходится пользоваться опытными данными или полуэмпирическими формулами, параметры которых находят из опыта. [c.143] При расчетах равновесия уравнение (24.7) часто используют и для условий, при которых закон Генри неприменим. В этом случае т рассматривают не как константу, а как функцию от х. [c.143] Разность, заключенная в скобки в правой части уравнения (24.8),— это движущая сила массопередачи. На вопросе о возможности выражения движущей силы через состав не газовой, а жидкой фазы и о соответствующем видоизменении останавливаться не будем. Этот вопрос подробно освещен в литературе [8, 15, 16]. [c.144] Из выражения (24.9) следует, что даже при неизменной гидродинамике величина может быть непостоянной изменяться с составом раствора (поскольку зависит от т). Считать К. постоянным можно лишь в двух случаях 1) в пределах действия закона Генри (т= соп ) и 2) когда второй член в правой части уравнения (24.9) мал по сравнению с первым. В этом случае /С р , т. е. процесс лимитируется массоотдачей в газовой фазе. Условием такого лимитирования является малое значение т из уравнения (24.7) ясно, что это бывает, когда газ хорошо растворим в жидкости именно хорошая растворимость характеризуется малым г/ при данном х. [c.144] Интегрирование уравнения кинетики. Как же стмечалссь, в у равнении (24.8) г выражается формулой (8.6) или (8.8), т. е. относится к достаточно малому отрезку времени или к малому участку поверхности. Но время пребывания в аппарате и поверхность массопередачи конечны. Уравнение (24.8) необходимо проинтегрировать при этом надо учитывать изменение движущей силы по высоте аппарата. [c.144] Знак минус в левой части уравнения (24.10) учтен в (24.11) переменой пределов интегрирования (от у до у , вместо от у до у ). [c.144] Число единиц переноса и связанные с ним понятия (например, высота единицы переноса — высота части аппарата, для которой = 1) оказались удобными для анализа массообменных процессов и часто используются. [c.145] Вернуться к основной статье