книги из ГПНТБ / Аэромеханика и физико-химическая гидродинамика конспект лекций

(так называемые рабочио условия)' и расходы

газовой и

жидкой фаз

и» зная условия

равновесного распределения,

делают вывод о

направ­

лении процесса,

величине движущей силы и необходимом

числе

единиц

переноса или теоретических

тарелок.

F

- поверхцреть нонтанта фаз, зависит

от способа

распределе­

ния поглотителя в газовой

фазе, от количества поглотителя на еди­

ницу объема газовой фазы,

гидродинамических условий в

аппарате;

гидродинамической обстановкой процесса, физическими

и физико-химиче­

скими свойствами компонента и носителей.

’

Что следует повиыать под гидродинамической обстановкой? В это

понятие входит способ взаимодействия фаз (прямоток,

противоток и

пр.) поверхность контакта, зависящие

от типа и устройства абсорб­

ционного аппарата, линейные скорости движения фаз и т.п.

8ная кинетические закономерности,

определяют необходимые разме­

ры реакционной зоны (число тарелок,

высоту насадки,

длину аппара­

та -и т.п.)

размерность кмоль/м3 или

кг/м3 соответственно. Размерности моль/л

(нмоль/мл)} г/л

(мг/мл),

иногда используемые в лабораторной прак-

1 тике,

численно

равны соответствующим основным единицам.

б)

мольная

или массовая доля компонента. Величина безразмерная,

молей (кг) фазы. Обозначается

В

ш

для газовой фазы и Х(Х)

для жидкой фазы;

- отношение числа нмолей (нг)

в) относительная концентрация

компонента н числу нмолей (нг)

носителя. Этот способ бывает удо­

бен в тех случаях,- когда количество носителей в процессе абсорб­

ции остается

неизменным. Обозначается через

Y CYJ

Для газо­

вой фазы 'п

X пр

для жидкой фазы.

г)

парциальные давления -

способ выражения состава только га

зовой фазы. Общее давление газовой смоои-в

Ус ~ мольная доля коы-

понента.

По закону Дальтона парциальное давление компонента

Р і= Р у с .

Соотношения между единицами для газовой фазы строятся“на ос­

нове уравнений

и

CRJL-

.

у = - &-Ли

)

где

R

у -

-

газовая постоянная 0,0831 м3.бар

Т

: абсолютная

кмоль

-

т е м п е р а т у р а ,°/(•

Для единиц видной фазы основными

соотношеніями являются

, -

С-Мж

у -

*

где {Пж - молекулярная масса жидкости, кг/нмоль;

- плотность жидкости,

нг/м3.

Кроме того,

используются величины средних молекулярных масс

та, определяемые

из простых соотношений

M r

У * М ог

,

Р а в н о в е с и е

м е ж д у

ж и д к о с т ь ю

и

п а р о

м

К - число компонентов,

(™)

где

<р

- число Фаз,

//

- число параметров.

Для наиболее часто встречающихся

систем: инерныіі гсз,

компо­

нент, поглотитель

К = 3, число фаз: газ, жі'дкостъ£р=2

равновес­

ное

состояние

определяется значениям!' трех каних-либо

параметров

/ У= 3 +

2 -

2 =

3.

Наиболее часто

в качестве таких

пасаметров фиксирует

;"'пцентра-

Для идеальных смесей *Y^ и

равны I.

Pi=yi-ß=f0-X,= P*Xi.

(73)

трации

применим закон Генри

где

рі =

' **■-*П‘Хі,

(74)

!г7 - константа Генри (нонстанта фазового равновесия,

коэффициент распределения).

Ьначениѳ константы Генри зависит от свойств газа

и иидности и

температуры. При больших давлениях линейный характер

зависимости

смеси: растворитель

- компонент, газовую фазу

можно рассматривать

как смесь паров растворителя, являющегося инертным газом,

и паров

компонента, В диаграмме равновесного состояния "давление-состав"

состояние идеальной системы схематично представлено на рис.15.

На рисунке Ру } Р2

- давления

чистых (100$)

компонентов.

В любой точне мѳеду

Ху

и X*

давление

смеси выражается как сумма

давлений (парциальных)

Р=рі

■Р*

Зависимости

парциальных

давлений

от

концентрации

выражаются прямыми линиями,

то есть

рі = Рі *і

и

Рг^Рг -Хр• Сумма

'

»

-л .

Р —Р 'Хі

+ Р% 'Х г

представляет

собой давле­

ние,

нотороѳ

в действитель­

Рис.15. Диаграмма равновесного

ности существует в данной

системе и может быть измерь

состояния идеальной системы

Г\^ I ^

но.

Q

В веидеальной системе

сумма

г - Р 1 Хі

+Н г

Хг

завышенный при сравнении с реально существующим давлением,

в слу­

чае отрицательного отклонения - всегда заниженным.

На рис.16 представлен случай положительного отклонения,

когда

оба компонента

неидеальны в положительную сторону.

Давление

чистых компо­

нентов,

Р

конечно,

остается таким же, как в

предыдущем рассуждении.

Допустим,

нами и

компонен­

ту

2 добавляется

компонент

I,

т.ѳ.мы двигаемся по ди-

.аграмые слева направо. Ужо

X/— -

-*-Ха

при малых

Xf

общее давле­

Рис.16. Диаграмма равновесного со­

ние

смеси возрастет, тал к

стояния

нѳидеальной системы

как

из-за положительного

(положительное

отклонение)

отклонения

рі

будет боль-

Pf • Xf

ше,

чем

.С

другой стороны

Р*

будет

также

больше Рд Хд.

При

повышении

А\

общее отклонение давления смеси

от идеального

возрастает,

•

увеличивается разница между рг

и

пО

так как

Гд ■Xä.

При значительном

повышении

Xf

и уменьшении

Хд ■ т.е. при

приближении к правому краю диаграммы поаторпзтея та

кэ картина, что

и в начала нашего движения. Тольно теперь

pf

, .которое почти

приблизилось

по значению к

Р<0-Х< проходит близко

к идеальному

значению,

а

ps

, которое "опоздало на старте",

быстро снижает­

ся до уровня

Рд

1,0 кривой с более крутым наклоном.

Если рассмотреть области низких концентраций, ь таких областей

две

(около левого

и

правого

края диаграммы),

они очерчены пунктир­

ной вертикальной линией на рио.Іб* то

можно увидеть,

что в области

примыкающей к

-

100, и

= 0 можно написать

следующие урав­

нения:

Pz-Pz'Xz',

■

а в области малой концентрации второго ноыпонѳнта

(

0 и

= I0J).

Величина

tff

йе равна

При положительном отклонении

tn > Р° • при отрицательной - tr\ < р с .

О

В области низких концентраций .первого компонента,

(левая

область диаграммы) он является растворенным веществом и

к нему

применим закон Генри. Второй компонент являетсяX,раствори­—*■

понентов в М О Л Ь Н Ы Х

Д О Л Я Х }

tVpx - концентрация газа в единицах давления! жидкость в

М О Л Ь Н Ы Х

Д О Л Я Х !

ПІ£ - концентрации фаз

в объемных единицах«

трс;

туе ш .д .

выраженное в единицах давления (трХ)

Значении константы Генри,

не зависит от давления системы, а зависит только от тѳмпоратуры.

Все остальные

значения зависят от общего давления, а

танке темпе­

ратуры системы, тан нак с изменением общего давлении

изменяется

концентрация,

что виздо из формулы закона Дальтона

Уі~ Р '

/

р с ,

представляет со­

Константа Генри в единицах давления

бой некоторое фиктивное давление

Рі

при

концентрации

Х±=

Понятно,_ что

такое определение не имеет физического

смрсла, так

как закон Генри справедлив для разбавленных

растворов, однгчо

проводит некоторую аналогию между

Р^

и трх.

Величина

три может быть рассчитана в

зависимости

от темпера­

туры. Выведем уравнение зтой зависимости.

Допустим существует равновесие при температуре / .

Тогда между

изобарным потенциалом компонента в газе

6г°

и парциальным изо­

барным Потенциалом компонента в жидкости

существует равен­

ство“

п —

При изменении температуры на

cLT оавновесио сохраняется,

если

- S io L T = - $ i< z T + - j j ’r c lx i ,

( 7 5 )

Величина

Q & i - d “ характеризует

Изменение изобар-

Ъ%і

*

законом Генри, подставляя в него значение

концентрации компонента

в растворе, нельзя. Необходимо учесть долю

компонента, перешедшего

ствами, окажемCH3SHметилыеркаптапа,+NaOHz=z CH3SH&щелочным+НграстворомО

происходит обра­

тимая реакция"

ц3о

.

Эту реакцию можно сократить,

исключив из обеих частой ионы натрия'

и гидроксила CH3 $Hs=zCHs S _

. .

huQ

+ H

Получившаяся реакция является реакцией диссоциации метилмеркап-

тановой кислоты в

воде, константа_ давновесил

которой

К

равна

—Saas?—

jQ-нygt|js~

л раст­

О-СНзйН

[СН3$Н] УснлЬН

■

Учитывая,^что общая концентрация метилморнаптанп

Ссн3%н

воре равна сумме

прореагировавшей и кѳппореагировавшеИ частей

Сен3&н ~[СН3&Н\+[СН$&~],

(8I)

определяем концентрацию непрореагировавшего мотилмернвптана

Как уяѳ

[ С Н і ф ССНі&н

эта,

■

раст­

говорилось,именно

непрореагировавшая часть,

воренная в

поглотителе находится в равновеоии о газовой фазой'

показателя

pH

» то необходимо вводить поправочный коэффициент,

S'учитывающий

отклонение стандартной шналы

pH

от1действительной

гдѳ

н*

PCH3SH=Ырх-Caw

jC '

(82)

- концентрация ионов водорода, определенная по

ІСН^і

показателю pH ;

- произведение коэффициента активности иона на попра­

вочный коэффициент к стандарту

pH.

Аналогичные уравнения могут быть выведены для поглощения газов,

образующих двухосновные кислоты,

или газов, образующих при раст­

ворении

щелочи.

Для расчета равновесия при прохождении химической реанцш в

жидной фазе могут быть использованы и другие

существующие методы.

М а т е р и а л ь н ы й

б а л а н с

а б с о р б ц и и

При абсорбции происходит передача массы из газовой фазы в

жидкую,

при этом концентрация компонента в газовой фазе уменьшает­

ся,

а в жидкой - возрастает. В связи с этим общий вид уравнения

материального баланса следующий:

-OpLY^dX,

(83)

где

а0

- расход инертного газа

(кмоль/час);

кг/час};

d-a

-

расход поглотителя (кмоль/час, кг/час) і

X -

относительная концентрация компонента в жи„кооти.

Зпан минус указывает

на то, что концентрация

компонента уменьша­

ется. Если

и Xf

мольные доли компонента

Я в газовой и

•жидкой фазах на стороне входа газа,

а уг

и Хг

концентрации

компонента

на 'стороне выхода газа,

то можно наш.сатъ

где

Ѵ/л=&Уг%Уз-

кмоль/час;

W

расходы газовой фазы,

c£f <2 ~расходы жидкой фазы,

кмоль/час.

причем

;

н прямотону, т.е. при прямотоке

знак + относится н противотону , а -

■О.І~ 0 -2 ~^ 2

•

е

то

Если выражать концентрации в относительных долях,