logo
КАСАТКИН

Скорость процесса

Скорость физической абсорбции. Скорость процесса абсорбции харак­теризуется уравнением (Х,46), если движущую силу выражают в кон­центрациях газовой фазы

М — КуГ ДуСр

и уравнением (Х,46а), если движущая сила выражается в концентрациях жидкой фазы

М = КХР Лхср

В этих уравнениях коэффициенты массопередачи Кд и Кх определяются, согласно уравнениям (Х,47) и (Х,48), следующим образом;

1

  1. т Рг Р»

Кх =»

^-4-

Рг т

где рг — коэффициент массоотдачи от потока газа к поверхности контакта фаз; (5Ж — коэф­фициент массоотдачи от поверхности контакта фаз к потоку жидкости.

Как уже отмечалось (см. главу X, стр. 409), для хорошо растворимых газов величина т незначительна и мало также диффузионное сопротивле-

  1. ш

ние в жидкой фазе. Тогда -д-> г— и можно принять, что Ки = Рг.

рг Рж

Для плохо растворимых газов можно пренебречь диффузионным сопро­тивлением в газовой фазе (в этом случае значения т и Рг велики). Отсюда

-тг— -в— и можно полагать, что Кж *=» 8Ж.

Рж РгШ ж гж

В уравнении (Х,46) мольные концентрации газовой фазы могут быть заменены парциальными давлениями газа, выраженными в долях общего давления. Тогда

М = /СрРДРср (XI,20)

где Арср — средняя движущая сила процесса, выраженная в единицах давления; Кр — коэффициент массопередачи, отнесенный к единице движущей силы, выражаемой через парциальные давления поглощаемого газа.

Если линия равновесия является прямой, то средняя движущая сила процесса по аналогии с уравнением (Х,54) выражается уравнением

Арср - (XI,21)

2-3 ‘8 Л о

ДРм

где Дрб = рн — рк и Дрм = рк — р* — движущая сила на концах абсорбционного аппа­рата; рн и рк — парциальные давления газа на входе в аппарат и выходе из него; Р* и р” — равновесные парциальные давления газа на входе в аппарат и выходе из него.

Если парциальное давление выражено в долях общего давления Р, то коэффициенты массопередачи Кр и Ку численно равны друг другу. Если же парциальные давления выражены в единицах давления, то

Кр^РКд (XI,22)

Скорость абсорбции, сопровождаемой химической реакцией. Во многих практически важных процессах абсорбции поглощение газа жидкостью сопровождается химическим взаимодействием фаз. Если реакция протекает в жидкой фазе, то часть газообразного ком­

4. Скорость процесса

441

понента переходит в связанное состояние. При этом концентрация свободного (т. е. не свя­занного с поглощаемым газом) компонента в жидкости уменьшается, что приводит к ускоре­нию процесса абсорбции по сравнению с абсорбцией без химического взаимодействия фаз, так как увеличивается движущая сила процесса. В общем случае скорость хемосорбции зависит как от скорости реакции, так и от скорости массопередачи между фазами. В зави­симости от того, какая скорость определяет общую скорость процесса переноса массы, различают кинетическую и диффузионную области протекания хемосорбционных про­цессов.

В кинетической области скорость собственно химического взаимодействия меньше скорости массопередачи и поэтому лимитирует скорость всего процесса. В диф­фузионной области лимитирующей является скорость диффузии компонентов в зоне реакции, которая зависит от гидродинамики и физических свойств фаз н определяется по общему уравнению массопередачи.

В тех случаях, когда скорости реакции и массопередачи соизмеримы, процессы абсорб­ции протекают в смешанной, или диффузионно-кинетической области.

Рис. Х1-5. Зависимость фактора ускорения Ф от комплексов у и N.

При расчете требуемой поверхности контакта фаз в условиях хемосорбцин ускорение процесса можно учесть увеличением коэффициента массоотдачи (Зж, если считать движу­щую силу процесса такой же, как при физической абсорбции. Тогда коэффициент массоот­дачи в жидкой фазе рж при протекании химической реакции

РЖ=РЖФ (XI,23)

где ф — фактор ускорения массообмена, показывающий, во сколько раз увеличивается скорость абсорбции за счет протекания химической реакции.

Значение Ф может быть определено по графику (рис. Х1-5) в зависимости от комплексов величин у и ,Ы.

На графике величина

_ У' А

Т Рж

приведена для реакций второго порядка. В этом выражении: кг — константа скорости реак­ции второго порядка, м?1(кмоль-секу, хв — концентрация поглотителя, кмоль/м3; Од — коэффициент диффузии поглощаемого компонента А в растворе, м^/сек.

Параметром кривых на рис. Х1-5 является величина N. представляющая собой выра­жение

°вх

442

Гл. XI. Абсорбция

где Ов — коэффициент диффузии ионов реагента (абсорбента) В в растворе, м21сек', хА — концентрация поглощаемого компонента А на границе раздела фаз, кмоль!м3; п — стехио- метрический коэффициент.

В кинетической и диффузионной областях выражения для расчета Ф упрощаются. Так, в кинетической области при условии, что 5^: у ^0,5(1+ ^)> фактор ускорения Ф = В диффузионной области при условии, что V 10 (1 УУ), величина Ф ■=» 1 + N.

  1. Yandex.RTB R-A-252273-3
    Yandex.RTB R-A-252273-4