Кинетической области всегда предшествует область физической абсорбции, где жидкая фаза насыщается поглощаемым компонентом. Скорость процесса при этом определяется как скорость физической абсорбции с возможной поправкой на одновременно протекающую реакцию.
3. Диффузионно-кинетическая область, в которой химическое связывание поглощаемого компонента происходит в основном в узком слое жидкости, прилегающем к поверхности раздела фаз. Расчет хемосорбции для данного случая можно выполнять по уравнениям физической абсорбции с коэффициентом массопередачи, вычисленным из уравнений (1,180).
В промышленных хемосорбционных колоннах могут быть одна пли несколько областей протекания процесса (см. главу IV, стр. 255 сл.).
Статическая модель процесса
Математическая модель статики процесса включает описания гидродинамического режима и структуры потоков взаимодействующих фаз, уравнения скорости массопередачи и условия материального баланса.
Основные допущения. Рассматривается случай хемосорбции для простой необратимой реакции при изотермических и изобарических условиях, т. е. для средних по высоте колонны температуры и давления (tср = const Рср = const). Модель составлена на основе зонного принципа с делением аппарата на кинетические области (см. также стр. 255).
Зона 1 — диффузионная. Условием ее существования является неравенство хв > xв,кр. Критическую концентрацию активной части абсорбента приближенно можно определить по уравнению, полученному на основе пленочной теории:
Здесь Мв — молекулярный вес активной части абсорбента.
Зона 2 — диффузионно-кинетическая. В ней концентрация активной части абсорбента изменяется от критической до нулевой. При этом в растворе поглощаемый компонент газовой фазы в свободном состоянии отсутствует (хA = 0).
Зона 3 — диффузионная. Равновесная концентрация поглощаемого компонента в этой зоне отлична от нуля. В растворе присутствует поглощаемый компонент в свободном состоянии (хA > 0), а концентрация активной части поглотителя равна нулю (хв = 0).
В зависимости от размеров аппарата, гидродинамических режимов его работы и степени продольного перемешивания расчет процесса хемосорбции в насадочной колонне проводится по одной из следующих идеализированных моделей:
1. Модель идеального вытеснения. Применяется для расчета аппаратов, работающих в интенсивных гидродинамических режимах (режим эмульгирования) при отношении высоты слоя насадки к диаметру более 10 и при диаметре колонны не более 2 м.
2. Ячеечная модель. Используется для расчета хемосорбционных колонн при наличии продольного перемешивания потоков газа и жидкости.
1 Статические характеристики. Согласно модели идеального вытеснения, имеем:
зона 1
зона 2
зона 3
В соответствии с ячеечной моделью (для 1-ой ячейки) находим:
зона 1
зона 2
зона 3
В уравнениях (1,192)—(1,197) приняты следующие обозначения:
, 
— объемные коэффициенты массоотдачи
в фазах; 
, 
—
объемные коэффициенты массопередачи физической абсорбции, отнесенные к движущим
силам по фазам; z — координата по высоте колонны.
Динамическая модель процесса
Полное математическое описание динамики процесса должно включать описание нестационарных режимов гидродинамики двухфазной системы и процесса массопередачи.
Основные допущения. Для tср = constи Рср = const нестационарная модель рассматривается при условии протекания процесса полностью в зоне 2, наиболее характерной для хемосорбции. Для случая, когда процесс во всей колонне соответствует условиям зоны 1 или зоны 3, динамическая модель полностью совпадает с динамической моделью физической абсорбции. В зависимости от степени продольного перемешивания применяются модель идеального вытеснения или ячеечная модель.
Динамические характеристики. В соответствии с моделью идеального вытеснения для зоны 2 получим:
Согласно ячеечной модели (для 1-ой ячейки), имеем:
В формулах (1,198)—(1,199) обозначены; Hг, Hж — удерживающая способность насадки по фазам.
Уважаемый посетитель!
Чтобы распечатать файл, скачайте его (в формате Word).
Ссылка на скачивание - внизу страницы.