Расчет на основе уравнения массопередачи

Этот метод, базирующийся на применении уравнения массопередачи, более точен, но

для него требуется значительно большее число разнообразных данных.

Рассмотрим противоточный колонный аппарат с непрерывным контактом фаз. Будем

полагать процесс стационарным, а обе фазы движущимися в режиме идеального

вытеснения (МИВ по газовой и жидкой фазе). Считаем, что имеются 3 компонента,

химически не взаимодействующие, а фазы являются бинарными растворами. Пусть

заданы величины н н , , L ,x н н G y и к y . Требуется определить высоту рабочей части аппарата Н.

27. Способы расчета высоты аппаратов со ступенчатым контактом фаз.

27. Приведите выражение для эффективности по Мэрфри через концентрации на тарелках с номерами n и (n-1)? Как эффективность по Мэрфри используется в расчете числа тарелок колонны с помощью кинетической кривой? Каков верхний предел эффективности по Мэрфри?

Эффективность ступени (тарелки) по Мерфри (КПД Мерфри) выражают отношением изменения концентрации данной фазы на ступени к движущей силе на входе той же фазы в ступень.

Число реальных тарелок N_РТ массообменной колонны соответствует числу ступеней между рабочей и кинетической линией. При получении дробного числа ступеней, число тарелок обычно округляют до целых в большую сторону.

27. Что такое кинетическая кривая? Как ее применяют для определения высоты массообменных аппаратов со ступенчатым контактом фаз?

Кинетическая кривая – кривая, отражающая изменение концентрации вещества во времени в ходе хим. превращения.

+ см.вопрос 35

27. Приведите с необходимыми пояснениями выражение для расчета минимального и оптимального расхода поглотителя при абсорбции.

27. Охарактеризуйте работу насадочных и тарельчатых колонн в различных гидродинамических режимах.

Различают 2 основных режима работы насадочных аппаратов:

• пленочный, при котором жидкость, омываемая газом, стекает по элементам насадки;

• эмульгационный, когда весь аппарат заполнен жидкостью, а через слой ее между элементами насадки барботирует газ.

Плёночный режим. Контакт газа и жидкости в насадочной колонне, во время которого происходит обмен веществом и теплом между фазами, происходит на смоченной поверхности насадки. Поверхность контакта фаз в насадочной колонне, через которую осуществляется массопередача, называют «активной поверхностью насадки». Она может быть, как меньше, так и больше геометрической поверхности насадки, и величина ее зависит от расходов газа и жидкости. При малом расходе жидкости ее может не хватить для смачивания всей поверхности насадки, поэтому расход жидкости («величина орошения») должен обеспечивать полную смачиваемость всей поверхности насадки. При небольших расходах газа и жидкости трение между ними незначительно и количество удерживаемой жидкости не зависит от скорости газа. Контакт газа и жидкости происходит только на поверхности пленки жидкости, стекающей по насадке.

Эмульгационный режим. С увеличением скорости газа возрастает трение между газом и жидкостью и происходит торможение жидкости: скорость стекания уменьшается, а толщина пленки жидкости увеличивается. Возрастание количества жидкости в слое насадки ведет к уменьшению сечения для прохода газа, срыву пленки жидкости и возникновению явления барботажа. Это приводит к увеличению поверхности контакта фаз, которая становится больше геометрической поверхности насадки.

В зависимости от скорости газа и плотности орошения различают 3 гидродинамических режима работы барботажных (тарельчатых) тарелок: пузырьковый, пенный и струйный.

На тарелке можно выделить три зоны:

1. зона барботажа;

2. зона пены;

3. зона брызг.

Основная поверхность контакта находится во 2 и 3 зонах.

Пузырьковый режим наблюдается при небольших скоростях газа, когда он движется через слой жидкости в виде отдельных пузырьков. Пены и брызг мало, поэтому поверхность контакта фаз невелика. Часть жидкости «проваливается» через отдельные отверстия.

Пенный режим: с увеличением расхода газа отдельные пузырьки сливаются в сплошную струю, которая на определенном расстоянии разбивается с образованием большого количества пузырьков. Возникает газо-жидкостная дисперсная система – пена, которая нестабильна и разрушается с прекращением подачи газа. В пенном режиме поверхность контакта фаз максимальна, т.к. контактирование газа и жидкости происходит на поверхности струй и пузырьков газа, а также на поверхности капель жидкости, образующихся при разрушении пузырьков газа.

Струйный (инжекционный) режим. При дальнейшем увеличении скорости газа увеличивается длина газовых струй, которые выходят на поверхность барботажного слоя, не разрушаясь и образуя большое количество крупных брызг. Отдельные зоны не существуют, всё составляет зону брызг. Происходит унос жидкости с нижней тарелки на верхнюю. Поверхность контакта фаз резко снижается.

Переход от одного режима к другому происходит постепенно. Оптимальным режимом работы тарельчатых абсорберов является пенный режим.

27. Как величина флегмового числа влияет на размеры ректификационной колонны и расход греющего пара? Какое флегмовое число называется оптимальным?

Задача отыскания оптимального флегмового числа сводится к задаче отыскания минимума функции.

27. Назовите основные допущения, принимаемые при анализе и расчете установок для непрерывной ректификации бинарных смесей. Как отражены эти допущения на диаграмме у–х?

Сущность процессов, из которых складывается ректификация, и получаемые при этом результаты можно проследить с помощью t–х–у -диаграммы.

Нагрев исходную смесь состава x₁ до t_кип получим находящийся в равновесии с жидкостью пар (точка b). Отбор и конденсация этого пара дают жидкость состава х₂ обогащенную НК {х₂>х₁}. Нагрев эту жидкость до температуры кипения t₂, получим пар (точка d), конденсация которого дает жидкость с еще большим содержанием НК, имеющую состав x₃. Проводя таким образом последовательно ряд процессов испарения жидкости и конденсации паров, можно получить в итоге жидкость (дистиллят), представляющую собой практически чистый НК.

Аналогично, исходя из паровой фазы, соответствующей составу жидкости х₄, путем проведения ряда последовательных процессов конденсации и испарения можно получить жидкость (остаток), состоящую почти целиком из ВК.

27. Сопоставьте тарельчатые и насадочные колонные аппараты. Каковы преимущества и недостатки каждого из этих типов колонн?

Достоинства абсорбера с провальными решетчатыми тарелками:

1) большая поверхность контакта фаз на единицу объёма аппарата;

2) возможность работы при небольших расходах жидкости в отличие от насадочных

плёночных абсорберов;

3) возможность отвода теплоты путём установки на тарелках трубчатки, по которой

движется охлаждающая вода.

Недостатки абсорбера с провальными решетчатыми тарелками:

1) высокое гидравлическое сопротивление (ниже, чем у других тарелок, но выше, чем у

насадки, работающей в плёночном режиме);

2) невозможность работы при низких расходах газовой фазы (при низком расходе газа жидкость не удерживается на тарелке, стекая через отверстия, и барботажный слой не образуется).

27. Как рассчитать скорость стесненного осаждения?

27. Основные способы разделения суспензий. Охарактеризуйте каждый из способов, укажите области применения.

При осаждении происходит разделение гетерогенных систем под действием силы тяжести, центробежной силы, электростатических сил в следующих процессах:

• Отстаивание;

• Разделение в циклонах, отстойное центрифугирование

• Электроочистка.