Основы теории технологических процессов. Часть 2. Статический анализ г

температур между испаряющимся кислородом и конденсирующимися парами азота. Пары азота, конденсируясь, образуют азотную флегму, необходимую для получения более чистого азота в верхней колонне.

В нижней колонне происходит предварительное разделение воздуха. В нижней части её собирается жидкий воздух, обога­ щенный кислородом ( до 50-55% 02 ) . Эта фракция после дрос­ селирования подается на соответствующую тарелку верхней колонны. При достаточном числе тарелок внизу верхней колон­ ны ( в испарителе) можно получить достаточно чистый кисло­ род.

Получающаяся в нижней колонне азотная флегма в худшем случае будет иметь 6,2% кислорода ( т. ж ,рис.5). При оро­ шении этой флегмой после её дросселирования верха верхней колонны образующиеся пары будут содержать почти чистый азот (т . е , рис. 5 ). Теоретически,регулируя состав азотной флег­ мы, вверху верхней ректификационной колонны можно получить чистый азот, т .е . осуществить 100%-ное разделение компонен­ тов.

При разработке технологических схем концентрирования неорганических кислот путем их упарки необходимо сначала выполнить статический анализ конкретных систем, т .е . найти данные по равновесию в системе пар-жидкость, построить диаграмму состояния и, анализируя ход кривых состава жидкос­ ти* и пара, сделать технологические выводы.

Пример I . При концентрировании разбавленной серной кислоты система является двухкомпонентной: серная кислота (моногидрат) и вода. Зависимость состава равновесного пара от оостава жидкой фазы при температурах её кипения представ­ лена на рис. 8. Нижняя кривая показывает зависимость темпе­ ратуры кипения водных растворов серной цислоты от их состава, верхняя - зависимость содержания серной кислоты в парах от температуры кипения ( или состава жидкой фазы) кислоты. Видно, что содержание серной кислоты в парах меньше, чем в жидкости. Равновесное давление водяных паров над жидкой

лению в аппаратах типа ректификационных. Чтобы уменьшить потери кислоты в виде брызг* в большинстве случаев серную кислоту упа­

кислота.

Пример 2 . При концентрировании разбавленной азотной кис­ лоты образуется двухкомпонентная система: H/VO^- #2Я * Диаграмма состояния этой системы представлена на р и с . 1 0 . Эта

добавить какой-либо третий компоненту связывающий в жидкой фазе воду * то величина равновесной упругости водяных паров

- 36 - всего используют равносторонний треугольник, углы которого

отвечают 100%-ным компонентам стороны - двухкомпонентным, а любая точка внутри треугольника - трехкомпонентным системам. Для определения состава трехкомпонентной системы используют оледующее свойство равностороннего треугольника: если на какой-либо «точки внутри треугольника провести линии, парал­ лельные оторонам треугольника, то сумма длины полученных от­ резков равна длине стороны треугольника. Поэтому сторона

а именно: IOJl/^.5^, 20%ММОр 1% Н2 0 . Внутри треугольника

и'лпсвЕш кривые состава иаров, равновесных о жидкой фазой,сосIS3 которой обозначен, этими же кривыми. Иногда вмеото кривых состава насыщенных паров ваное-свН кривые температур кипения

Выполняя дальнейшее геометричеоков моделирование, можно прий­

5 . СТАТИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ ГЕТЕРОГЕННЫХ ПРОЦЕССОВ

различных минеральных кислот ( серной, азотной, соляной, фос­

форной и д р . ) ; в производстве кальцинированной ооды (абсорбция

аммиака и углекислоты рассолом хлориотого натрия, дистилляция хлористого амммония); при очистке газо в от вредных примесей (например,при очистке азотоводородной смеси от углекислоты , сероводорода, окиси углерода разными жидкостными поглотителями; при разделении коксового газа (о ч и стк а от окиси углерода и ме­ тана путем промывки жидким азото*) и др .

Абсорбционные процессы, основанные на различной раствори­ мости компонентов газовой смеси в жидкостях, являются основны­ ми или побочными стадиями ряда и других неуказанных выше производств.Применение абсорбционных процессов, как правило, свявано

с использованием схем, включающих ^злы абсорбции и десорбции. Статическим анализом процессов абсорбции иди десорбции,

протекающих в системе газ-жидкость, можно определить оптималь­ ный технологический режим (найти условия получения максималь­ но-возможной концентрации кислот, наилучшей очистки газов от вредных примесей), позволяющий наиболее полно осуществить про­ цесс. Все это позволит рационально организовать производство (наиболее полно уловить пенный компонент, осуществить провесе с наименьшими расходами поглотителя, повысить качество про­ дукции), увеличить сроки службы катализатора, повысить производительность продукционного контактного аппарата и,на­ конец - работать с минимальными отходами производства, что в наш век нарушения равновесия в природе и экологических опасностей особенно важно.

5 .1 . Общая схема анализа процессов абсорбции и десорбции

Принципиальная схема статического анализа связана с по­ нятием движущей силы процесса и основана на пленочной теории процессов абсорбции и десорбции, согласно которой на границе раздела газ-жидкость всегда возникают газовый и жидкостный слои с ламинарным движением молекул. Толщина этих слоев может быть различной и в значительной мере зависит от степени тур­ булентности общего объема rasa или жидкости.

Под действием турбулентных конвекционных токов в жид­ костях и газах частицы легко перемещаются в пространстве в объеме, в котором заключены газ или жидкость. Поэтому газ над жидкостью имеет одинаковую концентрацию в любой точке за­ нимаемого им объема. То же самое можно, отметить и для всего объема жидкости. Концентрации rasa и жидкости в пограничных газовой и жидкой пленках соответствуют равновесным и опре­ деляются фазовым равновесием.

Следует еще раз подчеркнуть, что мы рассматриваем не кинетический анализ, для которого пленочная теория абсорбции

вкакой-то момент может тормозить интенсификацию процесса,

астатику, т .е . состояние равновесия фаз.

Обозначим равновеенре давление* поглощаемого жидкостью газового компонента В в ламинарной (диффузионной) газовой

р*

чем при большей величине движущей силы начнется поглоще­

определение такого технологического режима, при котором ука­ занные процессы начинаются при возможно большей величине

движущей силы. Значение первого слагаем ого величины движущей

силы абсорбции - парциального Давления поглощаемого газового

хемоорбцией. Промежуточной можно считать абсорбцию растворите­ лями, способными к образованию водородной связи с растворяемым газо м .