- •Предисловие
- •Введение
- •1Атмосфера
- •3. Организация санитарной защиты воздушного бассейна
- •3.1. Предельно допустимые концентрации вредных веществ в воздухе
- •3.2. Предельно допустимые выбросы вредных веществ в атмосферный воздух
- •3.3. Требования при проектировании предприятий
- •3.4. Санитарная защита воздушного бассейна на предприятиях
- •3.5. Обоснование допустимых выбросов вредных веществ в атмосферу
- •3.5.1. Факторы, влияющие на рассеивание вредных веществ в атмосферном воздухе и загрязнение приземного слоя воздуха
- •3.5.2. Обоснование допустимых выбросов при рассеивании вредных веществ через высокие источники
- •4. Процессы пылегазоочистных установок и аппараты для пылегазоулавливания
- •4.1. Общие положения
- •Общие принципы анализа и расчета процессов и аппаратов
- •Интенсивность процессов и аппаратов
- •Моделирование и оптимизация процессов и аппаратов
- •4.2. Пылеулавливание
- •4.2.1. Параметры процесса пылеулавливания
- •4.2.2 Сухие пылеуловители
- •Принцип работы циклона
- •Основные характеристики цилиндрических циклонов
- •Расчёт циклонов
- •4.2.3. Мокрые пылеуловители
- •Принцип работы скруббера Вентури
- •Принцип работы форсуночного скруббера
- •Скрубберы центробежного типа
- •Принцип работы
- •Принцип действия барботажно-пенных пылеуловителей
- •4.2.4 Электрофильтры
- •Принцип работы двухзонного электрофильтра
- •4.2.5 Фильтры
- •Принцип работы рукавных фильтров
- •Туманоуловители
- •5. Очистка от промышленных газовых выбросов
- •5.1 Общие сведения о массопередаче
- •Равновесие в системе газ - жидкость
- •Фазовое равновесие. Линия равновесия
- •Материальный баланс. Рабочая линия
- •Направление массопередачи
- •Кинетика процесса абсорбции
- •Конвективный перенос
- •Дифференциальное уравнение массообмена в движущейся среде
- •Уравнение массоотдачи
- •Подобие процессов массоотдачи
- •Уравнение массопередачи
- •Зависимость между коэффициентом массопередачи и массоотдачи
- •5.2 Устройство абсорбционных аппаратов
- •5.3 Адсорбционная очистка газов
- •5.3.1Общие сведения
- •Равновесие и скорость адсорбции
- •5.3.2 Промышленные адсорбенты
- •Адсорбционная емкость адсорбентов
- •Пористая структура адсорбентов
- •Конструкция и расчёт адсорбционных установок
- •Расчет адсорбционных установок
- •5.4 Каталитическая очистка
- •5.4.1Общие сведения
- •Конструкции контактных аппаратов
- •Аппараты с взвешенным (кипящим) слоем катализатора
- •6. Тепловые процессы Общие положения
- •6.1 Температурное поле. Температурный градиент. Теплопроводность
- •Закон Фурье
- •Дифференциальное уравнение теплопроводности
- •Теплопроводность плоской стенки
- •Теплопроводность цилиндрической стенки
- •6.2 Тепловое излучение
- •Баланс теплового излучения
- •Закон Стефана – Больцмана
- •Закон Кирхгофа
- •Взаимное излучение двух твердых тел
- •Лучеиспускание газов
- •6.3 Передача тепла конвекцией
- •Тепловое подобие
- •Численные значения коэффициента теплоотдачи
- •Сложная теплоотдача
- •6.4 Теплопередача Теплопередача при постоянных температурах теплоносителя
- •Теплопередача при переменных температурах теплоносителя
- •Уравнение теплопередачи при прямотоке и противотоке Теплоносителей
- •4.5. Нагревание, охлаждение и конденсация Общие сведения
- •6.4.1 Нагревающие агенты и способы нагревания Нагревание водяным паром
- •Нагревание горячей водой
- •Нагревание топочными газами
- •Нагревание перегретой водой
- •Нагревание электрической дугой
- •6.4.2 Охлаждающие агенты, способы охлаждения и конденсации Охлаждение до обыкновенных температур
- •Охлаждение до низких температур
- •Конденсация паров
- •6.4.3 Конструкции теплообменных аппаратов
- •Расчет концентрации двуокиси серы
- •Пример расчета насадочного абсорбера
- •Пример расчёта теплообменника
- •Пример расчета электрофильтра
- •Методика расчета адсорбера
- •В ориентировочном расчете используется формула
- •4.2.8 Находим время защитного действия адсорбера
- •Библиографический список
- •Содержание
- •Макаров Володимир Володимирович
Уравнение массопередачи
Сложность расчета заключается в том, что практически невозможно измерить концентрацию распределяемого компонента у границы раздела фаз. Учитывая это, основное уравнение массопередачи определяет количество М вещества, переносимого из фазы в фазу в единицу времени, т.е.
где , – равновесные концентрации в данной фазе, они соответствуют концентрации распределяемого вещества в основной массе (ядре) другой фазы;
, – коэффициенты массопередачи.
При такой форме записи уравнения массопередачи движущая сила процесса выражается разностью между рабочей и равновесной концентрацией (или наоборот) и отражает меру отклонения системы от состояния равновесия.
Концентрация фаз изменяются при их движении вдоль поверхности раздела фаз, поэтому
По указанным уравнениям определяется F, но необходимо рассчитать и . Величина задается либо рассчитывается из условия материального баланса.
Зависимость между коэффициентом массопередачи и массоотдачи
Чтобы установить эту связь принимается допущение, что на границе раздела фаз достигнуто равновесие, а следовательно, сопротивление массопереноса границы раздела фаз равно нулю. Отсюда вытекает следствие об аддитивности фазовых сопротивлений, которые являются одной из предпосылок для расчета коэффициента массопередачи.
Допустим, что распределяемое вещество переходит из фазы в фазу и движущая сила выражается разностью концентраций. Запишем уравнение массопередачи:
Константа фазового равновесия находится как
Тогда ,
где – тангенс угла наклона линии равновесия.
Выразим перенос вещества через массоотдачи в концентрациях фазы
Движущую силу выразим в концентрациях фазы , принимая, что концентрации распределяемого вещества в фазах непосредственно у границы равновесны друг другу и равны
Тогда из уравнения линии равновесия следует, что
и
Тогда
откуда
Из уравнения получаем:
Сложим уравнения, исключая границы. Тогда находим:
Отсюда
Из уравнения массопередачи следует, что
С другой стороны
или
(3.26)
аналогичные рассуждения приведут к равенству:
где и - коэффициенты массоотдачи в газовой и жидкой фазах;
- константа фазового равновесия.
Таким образом, общее сопротивление массопередачи зависит не только от и , но и от константы фазового равновесия .
Для хорошо растворимых газов , (в уравнении 3.26) и им можно пренебречь, тогда
Для плохо растворимых газов и становиться существенно больше по сравнению с . В этом случае основное сопротивление сосредоточено в жидкой фазе, тогда
Если m = 1…100, то газы умерено растворимы, и при определении необходимо учитывать как , так и . К хорошо растворимым в воде газам относят аммиак и хлористый водород, к плохо растворимым – диоксид углерода, к умеренно растворимым – диоксид серы.
Обозначения и используют в том случае, если движущая сила процесса выражена в мольных долях, если же она выражена в объемных концентрациях, то коэффициенты массоотдачи по газу обозначают , по жидкости – . В этом случае связь между ними выражается уравнениями:
для газовой фазы
(3.27)
для жидкой фазы
Таким образом, в уравнении определяется из (3.26).
Значения коэффициентов массоотдачи ( и ) определяют экспериментально, используя уравнение (3.25).
Для решения уравнения (3.14) необходимо знать , выраженную разностью между концентрацией компонента одной из фаз и равновесной концентрацией (y-y*). Чем больше эта разность, тем с больше скоростью протекает процесс. Значения или можно рассчитать как среднюю интегральную, среднюю логарифмическую и среднюю арифметическую величины.
Средняя интегральная величина используется в том случае, если равновесная линия на диаграмме (x-y) является кривой.
В этом случае
(3.28)
Средняя логарифмическая величина используется в том случае, когда равновесная линия на диаграмме (x-y) является прямой:
(3.29)
Средняя арифметическая величина используется в том случае, когда :
(3.30)
здесь и - концентрация компонента в газовой фазе на входе в аппарат и на выходе;
и - большая и малая движущая силы массопередачи у концов аппарата.
Обычно - количество вещества, переходящее из фазы в фазу в единицу времени, или нагрузка аппарата. Оно либо задается при расчете, либо определяется из материального баланса. Зная , можно найти расчетное значение .
В связи с трудностью определения (площади поверхности), , и относят не к поверхности контакта фаз, а к рабочему объему аппарата , который связан с поверхностью зависимостью:
где - удельная поверхность контакта фаз, т.е. поверхность отнесенная к единице рабочего объема аппарата (м2/м3).
С использованием уравнения массопередачи находим:
Обозначим - объемный коэффициент массопередачи или . Тогда
Но уравнение массопередачи можно записать как
С учетом того, что
получаем:
здесь - число единиц переноса относится к концентрации газа;
для жидкости можно записать:
С помощью числа единиц переноса можно определить рабочую высоту насадки как
(3.31)
Для определения числа единиц переноса используют методы графического и численного интегрирования или просто графический метод [15].