Подынтегральные выражения в уравнении (3.22) зависят от условий фазового равновесия, соотношения материальных потоков и факторов, определяющих статику процесса. Величины, стоящие перед интегралом, определяют кинетику процесса.

Безразмерные величины

называют числами единиц переноса (ЧЕП), а прединтегральные множители G/KoyaS и L/KoxaS, имеющие размерность длины, - высотой единицы переноса (ВЕПу и ВЕПx).

При этом величины Noy и Nox являются мерой реализации движущей силы, а ВЕПу и ВЕПx - мерой скорости процесса.

Значения Noy и Nox рассчитывают по данным фазового равновесия и уравнениям рабочих линий, значения ВЕПу и ВЕПx определяют по эмпирическим зависимостям.

Число единиц переноса вычисляют графическим методом (рис. 3.21).

Рис.3.21. Определение числа единиц переноса графическим методом

Для этого на диаграмму х - у наносят равновесную OO' и рабочую АВ линии. Затем проводят линию CD, которая делит пополам отрезки орди-

51

нат, заключенные между равновесной и рабочей линиями. Эти отрезки ординат выражают движущую силу процесса массообмена. Через точку А на рабочей линии, соответствующую состоянию фазы G на выходе из аппарата, проводят горизонтальную линию, пересекающуюся с линией CD в точке Е, и продлевают ее до точки N, причем отрезок AN равен 2 АЕ. Из точки N проводят вертикальную линию NM до пересечения с рабочей линией.

Ступень ANM соответствует участку аппарата, в котором изменение рабочих концентраций в фазе G равно NM, а в фазе L - AN. Отрезок KL соответствует величине средней движущей силы процесса массопереноса на этом участке. Поскольку изменение рабочей концентрации NM равно средней движущей силе KL (по построению), то ступень ANM соответствует одной единице переноса.

Вписывая таким образом ступени до достижения точки В, соответствующей состоянию системы на входе в аппарат, определяет число единиц переноса, равное числу ступеней, необходимое для достижения заданного изменения рабочих концентраций между точками А и В.

Описанный выше графический метод применим в том случае, когда на участке, соответствующем одной ступени (см. рис. 3.21), линия равновесия незначительно отклоняется от прямой. В противном случае отрезок KL не будет соответствовать средней движущей силе процесса на данном участке. В этом случае используют более точный метод графического интегрирования, который состоит в следующем. На участке бесконечно малой высоты колонны dH изменение концентрации в фазе G соответствует dy, а движущая сила процесса - (у - у*). Число единиц переноса для этого участка в дифференциальном, виде будет

dNy = - dy/(y - у*) (3.28)

(знак минус означает уменьшение концентрации у). Проинтегрировав это уравнение в пределах изменения концентрации от у1 до у2, получим число единиц пепеноса по всей высоте аппарата:

Интеграл находят графически, для чего по оси абсцисс откладывают значения у, а по оси ординат - соответствующие значения 1/(у - у*), и определяют площадь, ограниченную кривой, осью у и вертикальными линиями, проведенными через точки, абсциссы которых равны соответствен-

52

но у1, и у2 (рис. 3.22). Эта площадь соответствует искомому интегралу, т. е. числу единиц переноса.

При расчете числа единиц переноса графическим способом необходимо учитывать масштабы построения. Если по оси абсцисс отложен масштаб m1, а по оси ординат – m2 число единиц переноса будет равно

где f - площадь, ограниченная кривой и соответствующими абсциссами.

Рис. 3.22. Определение числа единиц переноса методом графического интегрирования

Особенность процесса абсорбции состоит в том, что из-за малой относительной летучести абсорбента перенос вещества происходит преимущественно в одном направлении - из газовой фазы в жидкую. Переход вещества из газового состояния в конденсированное (жидкое) сопровождается уменьшением энергии этого вещества. В результате в процессе абсорбции происходит выделение теплоты, количество которой равно произведению количества поглощенного вещества на теплоту его конденсации. Связанное с этим повышение температуры взаимодействующих фаз, которое определяется по уравнению теплового баланса, приводит к уменьшению равновесного содержания поглощаемого компонента в жидкой фазе, т. е. разделение компонентов ухудшается. Поэтому, при необходимости, теплоту абсорбции отводят.

Кинетические закономерности абсорбции описываются общим уравнением массопередачи для двухфазных систем.

В уравнениях абсорбции движущую силу в газовой фазе у - у* часто заменяют на pi - pi* (pi - рабочее парциальное давление распределяемого компонента в газовой смеси, pi* - равновесное давление компонента над абсорбентом, соответствующее рабочей концентрации в жидкости).

53

Чем выше растворимость газа, тем больше величина коэффициента распределения m; для труднорастворимых газов величина m имеет наименьшее значение. Если m велико, то величина 1/ mβx <<1/ βy , тогда можно

считать, что K y ≈ βy , т. е. в данном случае диффузионное сопротивление сосредоточено в газовой фазе. Если величина m мала, то m / βy <<1/ βx и можно полагать, чтоK x ≈ βx , т.е. в этом случае все диффузионное сопро-

тивление сосредоточено в жидкой фазе.

Для определения коэффициентов массоотдачи используют критериальные уравнения типа

с конкретными для данного случая экспериментально определенными значениями А, m и n.

где Nuд - диффузионный критерий Нуссельта; l - характерный линейный

3.3.4. Расчет хемосорбционных аппаратов

При абсорбции, сопровождаемой химической реакцией в жидкой фазе, абсорбируемый компонент вступает в реакцию с поглотителем. Возрастает градиент концентраций около поверхности раздела, скорость поглощения увеличивается. Коэффициент ускорения абсорбции в жидкой фазе

где βж и βж*— коэффициенты массоотдачи в жидкой фазе для физической абсорбции и абсорбции, сопровождаемой химической реакцией.

Абсорберы для процессов хемосорбции рассчитывают теми же мето-

54