Ректификация. Экстракция из растворов. Хемосорбция, страница 5

Протекание хемосорбционного процесса в насадочной колонне обусловливается Совокупностью ряда факторов, которые учитывают влияние гидродинамики двухфазного потока, массопередачи и химической кинетики.

Гидродинамический режим в насадочной колонне принято характеризовать величиной приведенной скорости , представляющей собой отношение фактической скорости газа в полном сечении колонны к предельно возможной при заданном соотношении нагрузок колонны по газу и жидкости. Скорость газовой фазы в точке инверсии может быть рассчитана по уравнению (1,90).

В зависимости от режима работы аппарата величина указанного отношения изменяется в следующих пределах: 0,45 <  £ 1. С увеличением  при постоянной величине L/G возрастают удерживающая способность насадки, относительные скорости движения фаз и перепад давлений на единицу высоты слоя насадки.

Максимальную удерживающую способность, соответствующую точке инверсии фаз, можно вычислить по уравнению (1,109).

Удерживающая способность при других гидродинамических режимах может быть найдена по формуле

причем критерии Rе_Ж и Ga рассчитываются с помощью уравнений (1,114).

Зная величины удерживающей способности и нагрузок колонны по газу и жидкости, можно вычислить средние истинные значения скоростей газа , и жидкости

Максимальный перепад давлений, отвечающий точке инверсии фаз, может быть определен по формуле (1,91).

В пределах точки торможения (см. стр. 42) перепад давлений выражается следующей зависимостью (d — элемент насадки):

при d > 30 мм и А < 0,3

при d > 30 мм и А > 0,3

где

При менее интенсивных гидродинамических режимах можно использовать уравнения, предложенные в литературе.

В результате расчета гидродинамического режима для заданной нагрузки по газу диаметр насадочной колонны D вычисляется с учетом газа w_г, из уравнения

в котором V — объемный расход газа в аппарате.

Структура потоков. Гидродинамическая обстановка в насадочной колонне оказывает влияние на скорость процесса и степень извлечения поглощаемого компонента, во-первых, через коэффициенты массопередачи (относительные скорости движения фаз) и, во-вторых, через движущую силу (структура потоков). Структура двухфазных потоков представляет собой комбинацию структуры потоков для каждой фазы в отдельности.

Материальный баланс. Уравнение материального баланса для насадочной колонны при противоточном движении фаз (см. рис. 1-23) записывается в виде

а для любого сечения колонны

Кинетика массопередачи с химической реакцией. При расчете процессов хемосорбции обычно приходится иметь дело с необратимыми простыми и сложными реакциями первого и второго порядков.

Уравнение простой необратимой реакции будет

Скорость химической реакции есть функция температуры и состава. Уравнение скорости гомогенной необратимой реакции имеет вид

причем a, b — порядок реакции по компонентам А и В.

Константа скорости реакции k является функцией температуры в соответствии с уравнением

в котором k₀ — предэкспоненциальный множитель, зависящий от числа столкновений реагирующих молекул; Е — энергия активации; R — газовая постоянная; Т — абсолютная температура.

В случае необратимых реакций для хемосорбционных процессов в отличие от физической абсорбции равновесная концентрация поглощаемого компонента над раствором равна нулю. Поскольку в качестве химически активных поглотителей применяют растворы химически активных соединений в инертных растворителях, то при расчетах необходимо учитывать физическую растворимость компонента в растворителе, определяемую по уравнениям

y^* = mx_A                x^*_A = Hp_A

с поправкой на высаливающий эффект, обусловленный присутствием в растворителе активной части абсорбента.

В этих формулах у^*, x^*_A — равновесные концентрации поглощаемого компонента в газовой и жидкой фазах; x^* — концентрация поглощаемого компонента в жидкой фазе; т — константа фазового, равновесия; Н — константа Генри; р_A — парциальное давление поглощаемого компонента.