Ильясов С.Г. Процессы и аппараты упаковочного производства

Подождите немного. Документ загружается.

ентами массоотдачи

Гf



Жf



следующими

соотношениями: для газовой фазы

ПГПГvГf

ahh





; (16.42)

для жидкой фазы

ПЖПЖvЖf

ahh





(16.43)

я. = 305(Ш

(68Л

иер

+ 1)т

(16.45)

Определяя число действительных тарелок по любому из указанных выше

способов, в первом приближении можно принять, что на тарелках со сливными

устройствами жидкость и газ движутся по взаимно перпендикулярным

направлениям; в этом случае движущую силу процесса вычисляют по схеме

абсорбции с перекрестным током. На провальных тарелках движущую силу

процесса рассчитывают по схеме полного перемешивания фаз (см. разд.

15.7.2).

Определив число действительных тарелок, находят высоту абсорбера:

нвпспвтл

hhHhnhHnH  )(

, (16.48)

где

расстояние от верхней тарелки до крышки абсорбера и

расстояние между днищем

абсорбера и нижней тарелкой, которые принимаются из конструктивных соображений (обычно

величину //„ принимаю! равной 1 1,5D); Н

см

высота сепарационного пространства.

Высота сепарационного пространства Н

служит для снижения влияния на

процесс явления брыэгоуноса, который в тарельчатых аппаратах проявляется

всегда. При разрыве пузырьков, выходящих на поверхность барботажного слоя,

газовым потоком увлекаются образующиеся при этом капли жидкости. Эти

капли, попадая на вышерасположенную тарелку, снижают на ней движущую

силу процесса массопереноса и увеличивают нагрузку на сливные устройства. При

выходе из абсорбера газ уносит с собой часть абсорбента, что может привести к

его необратимой потере. Для снижения этих потерь применяют различные

брызгоуловители над верхней тарелкой (слой насадки, вертикальные

гофрированные листы и т. п.) или ловушки капель на выходе газа из абсорбера.

Таким образом, явление брызгоуноса является одной из основных причин,

ограничивающих возможность интенсификации тарельчатых аппаратов.

Принимаю, что допустимая величина брызгоуноса е не должна превышать

0,1 кг жидкости на 1 кг газа. Величина уноса резко растет с увеличением

скорости газа w в колонне и снижением величины 7/

Для расчета величины уноса с различных тарелок предложено следующее

уравнение:

пс

HwAfe

(

)

(16.49)

где / поправочный множитель, учитывающий свойства жидкости и равный 0,0565

1.1

)(



, причем



-в

ммН

Ниже приведены значения коэффициента А и показателей степени m и n:

Тарелки А т п

Провальные (дырчатые, решетчатые,

волнистые) Клапанная и балластная

6,5-10'

2,15 2,5

Гидравлическое сопротивление. Для орошаемых тарелок

P

рассчитывают как сумму трех составляющих:

гжтст

PPPP 



1,4-10

2,56

где

тc



сопротивление сухой тарелки;



P

сопротивление, обусловленное силами

поверхностного натяжения жидкости;

гж

P

сопротивление газожидкостного слоя на тарелке.

Значение

тс



определяют по уравнению

. готвтс





)

где

свотв

Fww 

скорость газа в отверстиях или прорезях тарелки.

Коэффициент сопротивления £ тарелок изменяется в широких пределах

(примерно в интервале 0,5-4) и зависит от устройства тарелок. Значения



приводятся в специальной литературе.

Сопротивление



P

на преодоление силы поверхностного натяжения

жидкости а при входе в слой жидкости на тарелке определяют по уравнению



4

(16.50)

Если тарелка работает в струйном режиме, то величиной можно

пренебречь.

Гидравлическое сопротивление газожидкостного слоя АР

ГЖ

на тарелке

принимают равным статическому давлению слоя:

ghghP

жгжгжгж





(16.51)

где

гж

высота слоя жидкости и газожидкостного слоя на тарелке; р

и р

(

плотность жидкости и газожидкостной смеси на тарелке.

Для расчета значения

гж

P

обычно используют эмпирические зависимости,

которые приводятся в специальной литературе.

Для провальных, ситчатых и клапанных тарелок величину

гж

можно

определить по уравнению

25.1

5.0

25.0)(



 FFu

свжг



(16.52)

где Eu

(

отвггж





) критерий Эйлера;

)(

0 гжотв

ghwFr 

критерий Фруда.

5.3 ДЕСОРБЦИЯ

Этот процесс, обратный абсорбции, применяют для выделения поглощенного

газа (абсорбтива) из абсорбента и получения его в чистом виде, а также для

повторного использования абсорбента в процессе абсорбции. Для проведения

десорбции газа из жидкости необходимо, чтобы концентрация этого газа в

газовой фазе была ниже концентрации, соответствующей равновесной в системе

газа жидкость.

Для проведения процесса десорбции используют три следующих метода: 1)

отгонку в токе инертного газа или водяного пара;

2) отгонку под действием подводимой к абсорбенту теплоты;

3) отгонку при снижении давления над абсорбентом.

На практике широко распространены комбинированные методы десорбции

(например, десорбция при снижении давления над адсорбентом и одновременном

его нагреве).

Отгонка в токе инертного газа или водяного пара. Для

проведения десорбции по этому методу в качестве

инертного газа обычно используют воздух. Если

температуры воздуха и поступающего на десорбцию

поглотителя практически равны, то теплотой выделения

компонента из раствора можно пренебречь и считать, что

процесс протекает изотермически. Вследствие того что

парциальное давление десорбируемого компонента над

раствором выше, чем равновесное давление в

десорбирующем агенте, происходит переход этого

компонента из раствора в поток воздуха. Отметим, что

последующее извлечение газа из газовой смеси обычно

затруднительно. Поэтому чаще этого метод десорбции

применяю! тогда, когда извлеченный из газовой смеси

компонент далее не используется (например, этот

компонент является вредной примесью, но в удаляемом в окружающую

среду газе его содержание ниже ПДК-предельно допустимой концентрации).

Таким образом, процесс десорбции инертным газом аналогичен

изотермической абсорбции, причем линии равновесия для процессов совпадают.

Для построения рабочей линии десорбции составим материальный баланс

процесса. В этом случае заданными являются расход поглотителя L, его начальная

..дн

и конечная

..дк

концентрации, начальная концентрация У

десорбирующего агента. Тогда уравнение материального баланса десорбции

примет следующий вид:

....... дкдкдднднд

LXYGLXYG 

откуда находим расход десорбирующего агента:

)..

..(.).(

днднд

YдYкдLXкLXG 

Обычно на десорбцию подается десорбирующий агент, не содержащий

удаляемого компонента, поэтому в уравнениях (16.53) и (16.54) можно принять,

что У

= 0. Тогда расход десорбирующего агента

......

)(

дкдкднд

YLXLXG 

а количество десорбированного компонента-

(16.56)

)(

.... дкднд

XXLG 

Поскольку расход десорбирующего агента (7

или его конечная концентрация

не заданы, то величина (7

может быть выбрана по аналогии с выбором

расхода абсорбента для процесса абсорбции (см. разд. 16.2). Построим рабочую

линию (так же как для абсорбции) для противоточной десорбции на диаграмме Y

— X (рис. 16-31). Очевидно, что в точке касания рабочей линии с линией

равновесия (линия АВ

) расход десорбирующего агента будет минимальным, так

как в этом случае в уравнении (16.55) значение У

кд

будет максимальным, т.е

max

.... дкдк

YY 

Но при этом движущая сила процесса будет равна нулю.

Рабочее значение С

буде! соответствовать положению точки

Рис. 16-31. Построение рабочей линии десорбции на

диаграмме У— X

В между точками В

{

и В

, которое находят

технико-экономическим расчетом.

Использование в качестве десорбирующего агента водяного пара

предпочтительнее, чем воздуха, если десорбируе-Мый компонент нерастворим в

воде. В лом случае после десорбции, пропуская смесь десорбированного газа и

водяного пара через конденсатор, достигают отделения газа от водяно! о пара

вследствие конденсации последнего. Если же температура кипения

десорбированного компонента высока, то происходя! его конденсация

совместно с водяным паром и последующее отделение от воды (конденсата)

отстаиванием.

Если раствор на десорбцию поступает при температуре кипения абсорбента,

то по всей высоте десорбера эта температура будет постоянной, и процесс

протекает в изотермических условиях. Расход острого пара при этом

определяется как расход инертного газа, так как пар расходуется только как

десорбирующий агент. Рассмотренные условия следует определить как

идеальные. В реальных условиях на процесс десорбции острым паром

затрачивается некоторое количество теплоты (на компенсацию потерь теплоты

в окружающую среду и др.), и часть пара, конденсируясь, расходуется на

покрытие этих затрат. При этом расход острого пара будет выше, чем

рассчитанный расход инертного газа.

Подвод теплоты к абсорбенту. Этот метод десорбции наиболее

распространен в технике вследствие своей простоты. В данном случае

температура при десорбции выше, чем при абсорбции, и поэтому линии

равновесия при абсорбции и десорбции не совпадают.

Часто десорбцию проводят подводом теплоты к абсорбенту через стенку

(десорбция глухим паром). В этом случае в кипятильнике, в который подают

глухой пар, вместе с десорбируемым компонентом испаряется часть

абсорбента. Поэтому для разделения образовавшейся при этом смеси обычно

используют процесс перегонки, для чего смесь паров из кипятильника

направляют во вмонтированную над ним ректификационную колонну (см. гл.

17). Снижение давления над абсорбентом. Этот способ десорбции является

одним из наиболее простых, особенно тогда, когда абсорбцию проводят при

повышенных давлениях. В данном случае десорбция может быть осуществлена

п у т е м снижения давления до атмосферного. Если абсорбцию вели при

атмосферном давлении, то

Рис. 16-32. Противоточная мнокхмупенчатая установка с последовательным соеди нением

абсорберов и промежуточным охлаждением жидкости: / абсорберы; 2 промежуточные сборники; 3

насосы; 4 холодильники

десорбцию можно проводить в вакууме, причем десорбированный компонент

отсасывают вакуум-насосом. Как отмечалось выше, для более полного

извлечения удаляемого компонента десорбцию снижением давления часто

сочетают с десорбцией подводом теплоты или в токе инертного газа.

16.9. СХЕМЫ АБСОРБЦИОННЫХ УСТАНОВОК

Схемы промышленных абсорбционных установок можно разделить на две

основные группы: 1) с однократным использованием абсорбента ( г. е.

десорбция поглощенных компонентов не производится); 2) с многократным

использованием абсорбента (т.е. с десорбцией). Схема установки с

однократным использованием абсор бента (рис. 16-32) применяется

тогда, когда в результате абсорбции получают готовый продукт или

полупродукт, поэтому регенерации абсорбента не требуется. Схемы с

однократным использованием абсорбента часто применяют также при

очистке газов от вредных примесей. При этом поглотитель должен быть

недорогим, а концентрация поглощаемого газа незначительной. Тогда

использованный поглотитель можно не десорбировать, а применять для

каких-то целей или сбрасывать его как отход (если это допустимо

по санитарным нормам).

Сх е м ы с м но го кр а т н ы м исп о л ь зо ва ни е м а б сор б е н та применяют

в промышленности намного чаще. На рис. 16-33 представлена схема

абсорбционной установки с десорбцией абсорбента ц по рециркуляцией.

ьДесорйированный

газ

Газ

Рис. 16-33. Схема противоточной многоступенчатой абсорбционной установки с

регенерацией поглотителя рециркуляцией жидкости по ступеням:

/-абсорберы; 2 4 сборники; 5 7 насосы; 8 теплообменник; 9 десорбер; 10 - холодильники

В рассмотренных схемах использованы насадочные колонны, в которых

отвод теплоты в процессе абсорбции затруднителен. В тарельчатых

абсорберах отвод теплоты абсорбции организовать значительно проще. Его

проводят непосредственно на тарелках с помощью установки на них,

например, змеевиковых холодильников.