Ректификация. Экстракция из растворов. Хемосорбция, страница 4

Величины K_Ga, K_La, E_G, и E_L  определяются экспериментально.

Для колонн с насадкой из колец Рашига диаметром более 10 мм. Предложено эмпирическое уравнение, по которому можно вычислить ВТЭС:

Здесь - диаметр кольца; - вязкость сплошной фазы;  - плотности тяжелой и легкой фаз; c, n - постоянные определяемые по графикам на рисунках 1-21 и 1-22.

Для практически несмешивающихся жидкостей (взаимная растворимость менее 1%) справедливо уравнение

В случае колонн, которые работают в режимах, близких к захлебыванию, применима следующая формула для расчета минимальной эквивалентной высоты насадки:

В этой формуле W_L — предельная линейная скорость легкой•фазы; d_Э = 4F_св /a- эквивалентный диаметр насадки.

Если экстрактор работает в режимах, далеких от захлебывания, можно использовать приближенное уравнение

Результаты многочисленных исследований по определению экспериментальных значений Ка, ВЕП и h_Э для различных систем жидкость — жидкость приведены в специальной литературе.

Динамическая модель процесса

Гидродинамические основы процесса. Аналитически гидродинамика двухфазных систем жидкость — жидкость изучена пока еще очень слабо. В случае сплошной фазы реакция уровня раздела фаз на возмущение по расходу дисперсной фазы может быть использована для расчета средней скорости всплывания капель:

Здесь l_K — высота колонны; t — время (находится по виду переходного процесса).

Динамические характеристики. В соответствии с моделью идеального вытеснения имеем:

Согласно диффузионной модели, находим:

Хемосорбция

Применительно к системам газ — жидкость хемосорбция — это абсорбция, сопровождаемая химической реакцией. В отличие от физической абсорбции (см. стр. 39 сл.) хемосорбция позволяет почти полностью извлекать поглощаемый компонент из газовой фазы. Процессы хемосорбции применяются при очистке газов от вредных примесей, в производствах различных химических веществ, при разделении газовых смесей. Для осуществления хемосорбции используется та же аппаратура, которая применяется для процессов физической абсорбции.

Принципиальная схема процесса хемосорбции в насадочной колонне при противоточном движении фаз показана на рис. 1-23. На этом рисунке обозначены: G, L — нагрузки колонны по газу и жидкости; у — концентрация поглощаемого компонента в газовой фазе; x_В — концентрация активной части абсорбента;l — высота слоя насадки; индексы «в» и «н» — верх и низ колонны.

Газ, содержащий поглощаемый компонент, поступает под слой насадки (здесь рассматриваются только кольца Рашига, наиболее распространенные в промышленности). Раствор с активным поглотителем через специальное распределяющее устройство подается на насадку сверху. При движении фаз противотоком поглощение компонента из газовой фазы происходит в результате его абсорбции поглотителем и химического взаимодействия с ним.

Переменные, характеризующие процесс

В задачах управления можно выделить переменные, определяющие процесс хемосорбции, входные, выходные и промежуточные переменные.

Входные переменные. Возмущающие воздействия: нагрузка по газу; концентрация поглощаемого компонента в газовой фазе на. входе в аппарат; температура газовой фазы. Управляющие воздействия: нагрузка по жидкости; концентрация активной части абсорбента; температура жидкой фазы на входе в колонну.

Выходные переменные: концентрация поглощаемого компонента. в газовой фазе на выходе из аппарата; перепад давления в рабочей части колонны; температура газа на выходе из аппарата.

Промежуточные переменные: степень превращения активной:

части абсорбента; общее давление в системе; температура жидкой фазы на выходе из колонны.

В зависимости от целевого назначения процесса и схемы включения в общий цикл возмущающие и управляющие воздействия, а также управляемые выходные и промежуточные переменные соответственно могут частично меняться местами.

Физико-химические основы процесса