Ректификация. Экстракция из растворов. Хемосорбция, страница 7

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.