3.1.22 Визначення висоти одиниці переносу

Висота одиниці переносу (ВОП) - обернено пропорційна коефіцієнту масопередачі. Чим вища інтенсивність процесу, тим менше ВОП.

Для розрахунку ВОП необхідно знайти К_у і К_х. Величина ВОП може знаходитися експериментально, або розраховуватись за формулами, аналогічними розрахунку коефіцієнтів масопередачі або масовіддачі.

При визначенні висоти, або об'єму апарата можна використовувати будь-яку із кінетичних величин: коефіцієнт масопередачі К, об'ємний коефіцієнт масопередачі , висоту одиниці переносу h_у,х.

По аналогії з коефіцієнтом масопередачі, який виражається через коефіцієнти масопередачі в фазах G і L, можна виразити загальну висоту одиниці переносу в фазах G і L - h_y і h_x , відповідно:

, (3.118)

або

(3.119)

Безрозмірний параметр – відношення тангенса кута нахилу лінії рівноваги до тангенсу кута нахилу робочої лінії , рис. 3.24, і називається фактором масопередачі (фактором дифузійного потенціалу).

Тут значення G i L звичайно задаються, а m визначається по кривій рівноваги

Рис.3.24 До визначення параметрів

В цьому випадку, коли лінія рівноваги крива, проводять її розділення на декілька прямих відрізків (в нашому випадку n=4) в межах робочих концентрацій і знаходять значення на кожному відрізку ( ). Тоді середнє значення буде:

(1.125)

В загальному випадку m можна знайти диференціюванням кривої рівноваги (наприклад, продиференціювати рівняння Рауля).

3.1.23 Основи розрахунку масообмінних апаратів.

Масообмінні апарати, які найбільш поширені за конструкційним оформленням, можна розділить на дві групи - насадкові і тарільчаті.

Насадкові апарати

1. В якості насадки використовуються керамічні кільця, в яких діаметр рівний висоті (2525 мм, 5050 мм, і т. п.), кокс, шматки андезита, гравій, фігурні керамічні елементи (сідла), дротяні пакети, дерев'яні рейки (хордова насадка) і т. п. Змочена поверхня насадки є поверхнею контакту фаз, на якій відбувається взаємодія фаз L і G. Основні типи насадок наведені на рис. 3.25.

Рис. 3.25 Типи насадок для насадкових апаратів

а) – насадка з кілець Рашита: 1 – окреме кільце; 2- кільця насипом; 3 – регуляторна насадка.

б) – фасонна насадка: 1 – кільця Паля; 2 – сідлоподібна насадка; 3 – кільця із хрестоподібними перегородками; 4 – керамічні блоки; 5 – вигнуті з дроту насадки; 6 – кільця з внутрішніми спіралями; 7 – пропелероподібна насадка; 8 – дерев’яна хордова насадка.

Типові конструкції насадкових апаратів наведено на рис. 3.26.

Рис. 3.26 Насадкові абсорбери

а) – із суцільним шаром насадки; б) із секційним завантаженням насадки:

1 – корпус колони; 2 – розподільник рідини; 3 – насадка; 4 – підтримуючі решітки; 5 – перерозподільник рідини; 6 – гідравлічні затвори; в) – емульгаційна насадкова колона: 1 – насадка, 2 – сітка, 3 – гідравлічний затвор; 4 – підтримуюча решітка; 5 – розподільник газу.

Вибір насадки залежить від умов проведення процесу і визначає розмір апарата. Характеристики насадок наведені в довідковій літературі. Основними характеристиками насадки є питома поверхня насадки , яка визначає поверхню в одному кубічному метрі насадки і вільний об'єм V_с , який визначає об’єм пустот в 1м³ насадки, і, природньо, визначає гідравлічний опір апарата.

При розрахунку насадкових апаратів необхідно визначити два основних конструктивних розміра: діаметр апарата D і висоту насадки Н.

2. Тарільчаті апарати являють собою колонні апарати, по висоті яких встановлюють ряд тарілок (ковпачкові, ситчаті, провальні і т. д.) Рідка фаза L стікає з тарілки на тарілку, через спеціальні зливні патрубки, газоподібна фаза G рухається вгору, проходячи через спеціальні газорозподільні пристрої, барботує через шар рідини на тарілці. Поверхнею контакту фаз є поверхня бульбашок газу, які рухаються через шар рідини на тарілці. Схема ковпачкової тарілки наведена на рис. 3.27.

Рис. 3.27 Конструкція колони і ковпачкових тарілок з суцільними ковпачками.

а)– колона з тарілками; б) – дві з’єднані тарілки; в) – капсульний ковпачок; г) – форма капсульних ковпачків; 1 – тарілка; 2 – газові (парові) патрубки; 3 – круглі ковпачки; 4 – перетічні перегородки (або труби) з порогами; 5 – гідравлічні затвори; 6 – корпус колони.

В цих апаратах необхідно знайти також діаметр апарата і висоту колони, яка залежить від кількості тарілок і відстані між ними.

Останнім етапом розрахунку колон є визначення гідравлічного опору апарата.

Таким чином, алгоритм розрахунку масообмінних апаратів здійснюється:

1. Вибираються основні розрахункові величини: фізичні властивості реагуючих речовин, концентрації потоків, технологічні вимоги проведення процесу і тип насадки, або тарілки.

2. Розраховуються витрати поглинача.

3. Визначається діаметр колони.

4. Розраховується висота апарату.

5. Перевіряється правильність визначення витрати поглинача (щільність зрошення для насадкової колони).

6. Розраховується гідравлічний опір апарата.

7. Проводиться розрахунок основних конструктивних елементів (патрубки, люки тощо).