Файл: Стабников, В. Н. Процессы и аппараты пищевых производств учебник.pdf

являются тонкостенные кольца. Высота колец равна их диамет­ ру, размер которого принимается от 15 до 150 мм. Кольца изго­ товляют из металла или из керамики. Их насыпают в абсорбер на поддерживающую решетку с крупными отверстиями'навалом

беспорядочно или укладывают их рядами так, чтобы оси их бы­ ли вертикальными и в последовательных рядах сдвинуты друг

4.ТЕОРИЯ ПРОЦЕССА АБСОРБЦИИ

а) Материальный баланс абсорбции

На рис. 120 показана схема движения потоков, жидкости и газа в абсорбционном аппарате.

Принимаем следующие обозначения: G— количество газа-носителя, кг/с;

L — количество поглощающей жидкости, кг/с;

ун — содержание компонента, поглощаемого из газа, в газе-но­ сителе, поступающем в аппарат;

Ук— содержание компонента, поглощаемого из газа, в газе, уходящем из аппарата;

хи — содержание поглощаемого компонента в жидкой фазе на входе в аппарат;

хк — то же, на выходе из аппарата.

вабсорбционном аппарате.

Впроцессе обмена количество носителя остается неизмен­ ным. Пренебрегая возможными потерями поглощаемого компо­ нента и носителя, на основании закона сохранения вещества можно составить уравнение материального баланса для погло­ щаемого компонента:

Каждая точка на этой линии показывает зависимость между со­ держанием поглощаемого компонента в жидкой и газовой фа­ зах в том или другом сечении аппарата. Эта линия называется рабочей линией процесса абсорбции. Для абсорбции линия рав­ новесия ОА пройдет ниже рабочей линии. Расстояние по верти­

226

кали между рабочей линией и линией равновесия определяет движущую силу процесса абсорбции и показывает, как она из­ меняется по высоте колонны.

Если бы рабочая линия прошла ниже линии равновесия, то при этом происходила бы десорбция, т. е. выделение рассмат­ риваемого компонента из жидкости в газовую фазу.

б) Число ступеней концентрации

Построение, выполненное на рис. 121, дает возможность ввести понятие о ступенях концентрации. Для этого рассмотрим рис. 122. Точка 1 на графике соответствует содержанию погло­

Продолжая построение на рис. 122, приходим в точку 5, кото­ рая соответствует верхней точке аппарата. Таким образом, для массообмена в рассматриваемом случае потребуется две ступе­ ни концентрации. Эффективность работы аппарата оценивается числом ступеней концентрации. В рассматриваемом случае для того, чтобы уменьшить концентрацию компонента в газовой фа­ зе от г/н до г/к, потребуется две ступени.

Для построения такого абсорбера нужно иметь некоторые экспериментальные данные. Для тарельчатых аппаратов необ­ ходимо знать, сколько тарелок соответствует одной ступени кон­ центрации, для насадочных аппаратов требуется знать, какая высота слоя насадки соответствует одной ступени концент­ рации.

5. РАСЧЕТ АБСОРБЕРОВ С КОЛПАЧКОВЫМИ ТАРЕЛКАМИ

а) Гидродинамика барботажного процесса

При пропускании газа через слой жидкости на тарелке в за­ висимости от скорости газа могут наблюдаться различные ре­ жимы работы тарелки. При последовательном увеличении ско­ рости газа имеют 'место следующие режимы: пузырьковый (неравномерный), струйный и пенный (равномерные) и инжекционный.

Пузырьковый режим наблюдается при малых скоростях га­ за. В этом режиме газ прорывается из-под краев колпачков от­ дельными пузырями. Такой режим имеет место при скорости газа в свободном сечении колонны приблизительно до 0,5 м/с. При дальнейшем увеличении скорости газа возникают струй­ ный, а затем пенный режимы, при которых из-под краев колпа­ ка в жидкость вырываются струи, разбивающиеся при выходе на отдельные пузыри.

Пространство между колпачковыми тарелками абсорбера заполняется пеной и брызгами, образующимися при взаимодей­ ствии газа (пара) и жидкости. При этих режимах работа тарелки равномерна и устойчива. Поверхность контакта между фазами велика. При увеличении скорости газа приблизительно до 1,0 м/с в свободном сечении возникает инжекционный режим, при котором струи газа прорываются через жидкость на тарел­ ке, образуя много брызг, уносимых на вышележащую тарелку. Такой режим нежелателен. Таким образом, рабочими режима­ ми колпачкового тарельчатого абсорбера являются струйный и пенный режимы. Минимальная скорость (в м/с), при которой устанавливается струйный режим, может быть ориентировочно определена по уравнению

где g — ускорение силы тяжести, м/с2;

| — коэффициент сопротивления, равный 5; Рж и Рг — плотность жидкости и газа, кг/м3;

I — высота прорези в колпачке, м.

б) Гидродинамическое сопротивление колпачковых тарелок

При прохождении газа через тарелку он теряет часть своей

энергии на преодоление некоторого сопротивления Ар (в Па). Это-сопротивление складывается из трех величин: сопротивле­ ния сухой тарелки Арь сопротивления слоя жидкости на тарел­ ке Дрг, сопротивления, которое создается силами поверхностно­ го натяжения, Арз:

228

Сопротивление сухой тарелки определяют по известному уравнению гидравлики:

где I— высота прорези, м (рис. 123);

а— расстояние от верхнего края про­ рези до края сливной трубы, м

(см. рис. 123);

ДА — высота уровня жидкости над кра­ ем сливной трубы, м.

где Уж— расход жидкости, м3/с;

f — периметр сливной трубы или перегородки, м;

К — отношение плотности пены к плотности светлой жидкости, К =0,5.

Сопротивление Дрз (в Па), которое создается силами поверхностного натяжения,

(285)

где о — поверхностное натяжение, Н/м; d=co/x— гидравлический радиус прорези, м;

w — площадь прорези, м2, и %— ее периметр, м.

В колпачковых тарелках величина Дрз незначительна и мо­ жет не учитываться.

в) Определение размеров барботажного абсорбера

Диаметр барботажного абсорбера определяют по известно­ му урав-нению гидравлики:

229