Главная Случайная страница


Категории:

ДомЗдоровьеЗоологияИнформатикаИскусствоИскусствоКомпьютерыКулинарияМаркетингМатематикаМедицинаМенеджментОбразованиеПедагогикаПитомцыПрограммированиеПроизводствоПромышленностьПсихологияРазноеРелигияСоциологияСпортСтатистикаТранспортФизикаФилософияФинансыХимияХоббиЭкологияЭкономикаЭлектроника






Устройство абсорбционных аппаратов

 

Поверхностные абсорберы – используют для поглощения хорошо растворимых газов: хлористый водород водой. Здесь газ проходит над поверхностью неподвижной или медленно движущейся жидкости, т.к. поверхность сопротивления мала, устанавливается несколько последовательно соединенных аппаратов, газ и жидкость двигаются противотоком (поверхностный абсорбер и оросительный).

Пластинчатый абсорбер – состоит из двух систем каналов: по каналам большего сечения движутся противотоком газ и абсорбент; по каналам меньшего сечения – охлаждающий агент (вода). Пластинчатый абсорбер – изготавливается из графита, т.к. он хорошо проводит тепло и является химически стойким материалом.

 

Пленочные абсорберы. Здесь поверхностью контакта фаз является поверхность текущей пленки жидкости. Различают следующие разновидности аппаратов данного типа: трубчатые абсорберы – сходен по устройству с кожухотрубчатыми теплообменниками. Абсорбент поступает на верхнюю трубную решетку, распределяется по трубам и стекает в виде пленки по их внутренней поверхности. Газ движется по трубам снизу вверх.

Абсорберы с плоскопараллельной насадкой – колонна с листовой насадкой в виде вертикальных листов, для равномерного распределения жидкости имеется вверху распределительное устройство.

Абсорбер с восходящем движением пленки – аппарат состоит из труб, закрепленных в трубных решетках. Газ поступает снизу через патрубки, абсорбент также поступает снизу в трубы через щели. Движущейся с большой скоростью газ увлекает жидкую пленку в направлении своего движения, т.е. аппарат работает в режиме восходящего прямотока. Для отвода тепла по межтрубному пространству пропускают охлаждающий агент.

 

 

Насадочные абсорберы – в насадочной колонне насадка укладывается на решетке, имеющие отверстия для прохождения газа и слива жидкости. Последняя с помощью распределителя равномерно орошает насадку. Здесь жидкость по поверхности насадки стекает в виде тонкой пленки.

Гидродинамические режимы – пленочный, режим подвисания (промежуточный), турбуляция, эмульгирования.

 

Барботажные (тарельчатые) абсорберы – колонна внутри которой на определенном расстоянии друг от друга размещаются горизонтальные перегородки – тарелки. С помощью тарелок осуществляется направленное движение фаз и многократное взаимодействие газа и жидкости.

 

Перегонка жидкости

 

Посредством перегонки разделяют жидкостные смеси, все компоненты которых летучи (но имеют различную летучесть) при одной и той, же температуре. Если мы перегоняем бинарную смесь, то в результате получаем – пар, содержащий относительно большое количество легколетучего или низкокипящего компонента (НК), чем исходная смесь. Неиспарившаяся жидкость имеет состав более богатый труднолетучим или высококипящим компонентом (ВК).

Эта жидкость называется остатком, а жидкость, получаемая в результате конденсации паров дистиллятом или ректификатом и флегму – жидкость, возвращаемую для орошения колонны.

Существуют два типа перегонки:

Простая перегонка представляет собой процесс однократного частичного испарения жидкой смеси и конденсации образующихся паров.

Ректификация представляет собой процесс многократного частичного испарения жидкости и конденсации паров.

 

Материальный баланс

 
 

 


Пусть в колонну поступает F кмоль исходной смеси, состав которой хF молей долей НК. Сверху из колонны удаляется G кмоль паров, образующих после конденсации флегму и дистиллят P кмоль, его состав хР молей долей НК. На орошение колонны возвращается флегма Ф кмоль, ее состав хР = хФ

 

F + Ф = G + W

Поскольку G = Р + Ф, то F = Р + W

 

Соответственно материальный баланс по НК:

F = РхР + WхW

 

1 – ректификационная колонна; 2 – кипятильник; 3 – дефлегматор; 4 – делитель флегмы.

 

На некотором расстоянии от верха колонны находится так называемая питающая тарелка, куда и поступает исходная смесь. Питающая тарелка делит колонну на две части, в верхней части (а) должно быть обеспечено обогащение паров НК, эта часть называется укрепляющей. В нижней части (в) необходимо в максимальной степени удалить из жидкости НК, эта часть называется исчерпывающей.

 

Минимальное флегмовое число

 

 

– состав дистиллята в паровой фазе;

– равновесное содержание данного компонента в паровой фазе исходного продукта.

Rопт = 1,3Rmin + 0,3

 
 

 


1 – эксплуатационные расходы; 2 – капитальные затраты; 3 – общие затраты на ректификацию.

 

С увеличением R возрастает движущая сила процесса и уменьшается необходимое число теоретических и действительных ступеней. В итоге при некотором флегмовом числе рабочий объем колонны будет минимальным и следовательно будет минимальна ее стоимости.

 

Ректификация многокомпонентных смесей

 

Число колонны для ректификации многокомпонентной смесей должно быть на одну меньше, чем число компонентов, на которые разделяется смесь.

В ректификационных установках используются главным образом аппаратуры двух типов: насадочные и тарельчатые.

В кипятильнике – поверхность нагрева представлена в виде змеевика, или кожухотрубчатый теплообменник.

Меньшее гидравлическое сопротивление насадочных колонн по сравнению с барботажными особенно важно при ректификации под вакуумом.

 

Сушка

 

В химической промышленности применяется искусственная (сушка материалов в специальных сушильных установках) и естественная сушка.

По способу подвода тепла к высушиваемому материалу различают следующие виды сушки:

1) конвективная сушка – путем непосредственного соприкосновения материала и сушильного агента;

2) контактная – путем передачи тепло от теплоносителя к материалу через разделяющую их стенку;

3) радиальная – путем передачи тепла инфракрасными лучами;

4) диэлектрическая – путем нагрева в поле токов высокой частоты.

А также специальные виды сушки.

Абсолютная влажность определяется количеством водяного пара в кг, содержащегося в 1м3 влажного воздуха.

Относительная влажность φ называется отношение массы водяного пара в 1м3 влажного воздуха ρП при данных условиях, температуре и общем барометрическом давлением к максимально возможной массе водяного пара 1м3 воздуха ρН (плотность насыщенного пара) при тех же условиях:

 

Количество водяного пара, содержащегося во влажном воздухе и приходящегося на 1кг абсолютно сухого воздуха, называется влагосодержанием:

 

Энтальпия I влажного воздуха относится к 1кг абсолютно сухого воздуха и определяется при данной температуре воздуха t (0С) как сумма энтальпий абсолютно сухого воздуха сС.В. t и водяного пара хiП (Дж/кг сухого воздуха):

 

Все эти данные можно найти по диаграмме I – х Л.К. Рамзина.

После достижения равновесия между влажным воздухом и испаряющейся влагой температура последней примет постоянное значении, равное температуре мокрого термометра tМ

 

 

++++++++++++ ++++++++++++ ++++++++ ++++++++++

 

Расчет насадочного абсорбера

 

1. Диаметр находят по уравнению расхода:

 

где VС – секундный расход газа, м3/сек;

ωГ – фиктивная скорость газа, м/сек;

ωГ = 0,8ω00 – скорость газа при захлебывании колонны).

 

Скорость газа при наличии «подвисания» жидкости рассчитывают по формуле:

 

где а – удельная поверхность насадки м23;

Sсв – свободный объем насадки м22;

А = -0,073 – постоянная для паро – жидкостной смеси;

– расходы жидкости и газа, кг/сек.

 

Высота насадки:

где – площадь поверхности контакта.

 

2. Полагая, что абсорбер работает в пленочном режиме. Коэффициент массоотдачи в газовой фазе можно определить по уравнению:

 

 

Коэффициент массоотдачи в жидкой фазе:

 

где – эквивалентный диаметр насадки, м;

ρп – среднее парциальное давление инертного газа в абсорбере, мм.рт.ст.;

μг – молекулярная масса смеси газов;

Dг , Dж – коэффициент диффузии в газе и жидкости, м2/ч;

Wж – количество жидкости, кг/(м2·с);

– приведенная толщина пленки жидкости.

 

3. Высоту насадки определяется по числу единиц переноса:

2 – число единиц переноса (ЧЕП);

hz – ВЕП.

 

или же

 

где Gа – количество абсорбируемого газа, кмоль/ч;

КV – объемный коэффициент массопередачи.

 

4. Гидравлическое сопротивление абсорбера

Для сухой насадки:

 

где γг – удельный вес газа в кг/м3

 

Выразим скорость газа через приведенную скорость ωпр и свободный объем насадки Vс

тогда потери давление на 1м высоты насадки можно определить:

 

Коэффициент сопротивления для насадки из колец:

 

при Reг < 40

 

при Reг > 40

 

при регулярной насадки:

 

где Reга – значение Re – соответствующее переходу в автомодельный режим:

 

где L – высота ряда насадки, м;

а и b – постоянные (а = 4,2 и b = 3,9 – для колец и блоков; а = 0,52 и

b = - 0,67 – для хордовой насадки).

 

Сопротивление орошаемой насадки:

где b – постоянная;

U – плотность орошения.

где Vж – объемный расход жидкости.

 

b
dколец   до 12,5 до 19 32-38 для спиральных колец

 

При малых плотностях орошения:

 

где b1 = 216 для хордовой насадки и колец в навал;

b = 144 для регулярной насадки.

 

Для тарельчатых абсорберов

полное сопротивление тарелки, складывается из:

где – сопротивление сухой тарелки;

– сопротивление газожидкостного слоя;

– сопротивление, обусловленное силами поверхностного натяжения;

γж и γп – удельный вес жидкости и пены;

h0 и hп – высота слоев жидкости и пены.

 

 

Высота единиц переноса (ВЕП) массопередачи происходит из фазы Фy в фазу Фх, движущая сила выражается в концентрациях фазы Фy. Тогда количество вещества, переходящего из фазы в фазу составит:

(А)

 

где G – расход фазы;

yн и yк – начальная и конечная концентрация фазы Фy.

 

Вместе с тем величина М может быть определена по уравнению массопередачи через объемный коэффициент массопередачи:

(Б)

 

где Куа – объемный коэффициент массопередачи, принимаемый постоянным по высоте аппарата;

S – площадь поперечного сечения аппарата;

Н – рабочая высота аппарата.

 

Приравняв выражение (А) и (Б) получим:

 

Тогда рабочая высота аппарата:

 

 

и носит название высоты единицы переноса (ВЕП).

Аналогично для фазы Фх:

 

Высота единицы переноса соответствует высоте аппарата, эквивалентной одной единице переноса.

Величина ВЕП обратно пропорциональна объемному коэффициенту массопередачи. Следовательно, чем выше интенсивность массопередачи в аппарате, тем меньше в нем величина ВЕП.

 

Объемные коэффициенты массоотдачи и массопередачи

В барботажных аппаратах поверхность контакта фаз – это совокупность поверхностей: брызг, пены и пузырей.

В насадочных аппаратах это некоторая «активная» часть геометрической поверхности насадки, смачиваемая жидкостью. Поэтому коэффициенты массоотдачи и массопередачи относят к рабочему объему аппарата V, который связан с поверхностью контакта зависимостью:

 

где а – удельная поверхность контакта фаз, т.е. поверхность, отнесенная к единице рабочего объема аппарата.

 

Подставив в выражение:

для фазы Фy

для фазы Фх

 

Величину получим:

Аналогична подстановка:

для фазы Фy

для фазы Фх

 

 

Величины и называются объемными коэффициентами массоотдачи, а величины и объемными коэффициентами массопередачи.

Тогда если , а ,

то

 

 

Коэффициент извлечения (обогащения)

 

Эффективность работы массообменных аппаратов можно охарактеризовать степенью извлечения распределяемого компонента.

 

 

 


G = const; L = const; у* = f (х) – линия равновесия.

 

 

При противотоке количество распределяемого компонента из фазы Фy . Тогда предельно возможное поглощение этого компонента фазой Фх может быть достигнуто в том случае, если при противотоке фаза, отдающая распределяемый компонент М (фаза Фy) на выходе из аппарата будет находиться в равновесии с поступающей в него жидкостью (концентрацией хн), т.е. будет иметь концентрацию . Соответственно, максимально возможное увеличение .

Отношение действительного количества компонента, перешедшего в аппарате из фазы в фазу, к тому количеству, которое максимально может перейти, является важной характеристикой массообменного аппарата и носит название коэффициента извлечения:

 

В том случае рабочая и равновесная линии – прямые, а уравнение линии равновесия . Тогда:

 

Последнее изменение этой страницы: 2017-07-07

lectmania.ru. Все права принадлежат авторам данных материалов. В случае нарушения авторского права напишите нам сюда...