Файл: Бушмелев, В. А. Процессы и аппараты целлюлозно-бумажного производства учебник.pdf

Максимальное общее содержание растворенного и химически свя­ занного S 0 2 в кислоте равно (в массовых %):

ниями (магниевым, аммониевым и натриевым) рассчитывается также по формулам (13-3) и (13-4). В этом случае следует предварительно пересчитать процентное содержание этих оснований в кислоте на эк­ вивалентное содержание кальциевого основания. Пересчет может

Равновесное содержание S 0 2 над водными и бисульфитными раство­ рами рассчитывается также по формуле (13-3) или (13-4). В частности,

где b — массовая доля S 0 2, соответствующая его объемной доле а и определяемая по формуле (1-5).

Более подробные сведения по растворимости и равновесию S02 приведены в «Справочнике бумажника», т. I, М., 1964, стр. 207—214

ТЕПЛОВОЙ БАЛАНС АБСОРБЦИИ

При проведении процессов абсорбции и хемсорбции осложняющим обстоятельством является повышение температуры жидкости, выз­ ванное выделением тепла при растворении газов, тепловым эффектом химических реакций поглощаемых компонентов с составными элемен­ тами абсорбента и охлаждением газа. Повышение температуры жидко­ сти приводит к увеличению равновесных концентраций и снижению движущей силы процесса. Для сохранения высокой движущей силы абсорбцию целесообразно проводить при искусственном отводе тепла, чтобы температура жидкости оставалась постоянной.

При работе абсорберов без отвода тепла требуется оценить возмож­ ную температуру жидкости, а при теплоотводе — рассчитать количе­ ство отбираемого тепла. В обоих случаях вопрос решается составле­ нием уравнения теплового баланса абсорбции.

261

Количество поглощаемого вещества М — L (х2—ху), а тепловой эффект Q = Mr = L (х2—х х) г, где .ѵу и х 2 — рабочие концентрации поглощаемого вещества в жидкости на входе и выходе аппарата; г — тепловой эффект растворения и химических реакций, отнесенный к 1 кг поглощаемого компонента, равный сумме теплот растворения гр

и химических реакций гх. Теплота растворения показывает, какое количество тепла выделяется при растворении 1 кг компонента в раст­ воре данной концентрации. Теплотой химических реакций называется количество тепла, отнесенное к 1 кг поглощаемого компонента, которое выделяется при химических реакциях этого компонента с составными частями абсорбента.

В каждом частном случае хемосорбции теплота химических реак­ ций рассчитывается по справочным данным. Тепловые эффекты ре­ акций S 0 2 с различными поглотительными растворами, применяемыми в сульфитцеллюлозном производстве, приведены в «Справочнике бу­ мажника», т. I, М., 1964, стр. 215—216.

После подстановки в уравнение теплового баланса значений Q и М и решения его относительно температуры жидкости в конце про­ цесса получим

В большинстве случаев при абсорбции теплосодержание газа не изменяется. Тогда

Зависимость текущей температуры жидкости t от текущего значе- ■ния концентраций компонента в жидкости х описывается уравнением

Это уравнение используют для оценки коэффициента Генри и по­ строения линий равновесия по формулам (13-2) и (13-5). Если г > Х Л Ю составляющей cKtK в уравнениях (13-7) и (13-8) можно пренебречь.

В случае, если абсорбция проводится с искусственным отводом тепла, его количество определяется также по уравнению теплового баланса. *

262

Наибольшее распространение в промышленности получили наса­ дочные, барботажные и распылительные абсорберы. К последним относятся аппараты Вентури, описанные в главе §. Устройство наса­ дочных аппаратов кратко освещено в главе 9, где эти аппараты рас­ сматривались как теплообменники смешения. Здесь же изложены не­ которые дополнительные сведения о насадочных аппаратах, как аб­ сорберах, и более подробно рассмотрены барботажные аппараты.

АБСОРБЦИЯ В НАСАДОЧНЫХ АБСОРБЕРАХ

Схема работы насадочного аппарата показана на рис. 9-13, где он был представлен как теплообменник второй ступени охлаждения. При работе насадочного аппарата в качестве абсорбера потоки газа и жидкости аналогичны потокам в теплообменном аппарате: газ дви­ жется снизу вверх, а жидкость — самотеком сверху вниз. Абсорбция обычно проходит менее интенсивно, чем теплопередача, поэтому ра­ бочая высота насадки в абсорберах довольно большая. Необходимым условием нормальной работы аппарата является равномерное распре­ деление жидкости и газа по сечению насадки. Для распределения по­ тока жидкости применяют желоба, дырчатые трубы и специальные спрыски. Движущийся навстречу жидкости газ постепенно сосредото­ чивается в центре и оттесняет жидкость к стенкам аппарата. Плот­ ность потоков фаз по сечению аппарата становится неравномерной: чем больше высота насадки и путь газа и жидкости, тем больше этот эффект. Поэтому через 2—3 м по высоте насадку разъединяют для установки перераспределителей потоков, с помощью которых газ от­ водится к стенкам аппарата, а жидкость — к центру.

Режимы работы насадочных абсорберов

При работе насадочных аппаратов можно выделить несколько ха­ рактерных гидродинамических режимов, зависящих от скорости газа и плотности орошения. Под плотностью орошения понимают расход жидкости, отнесенный к 1 м2 сечения аппарата.

При небольших плотности орошения и скорости газа жидкость стекает по насадке в виде отдельных струек и пленок. Часть насадки может остаться несмоченной. Взаимодействие фаз осуществляется на поверхности отдельных смоченных элементов насадки. Такой ре­ жим работы называется п л е н о ч н ы м .

При повышении плотности орошения скорость стекания жидкости по насадке увеличивается. В результате возрастают сопротивления проходу газа и его скорость может уменьшится. Скорость, соответст­ вующая началу роста сопротивлений, называется точкой торможения газа. Если начать увеличивать скорость газа, сопротивления будут также возрастать. При этом из-за тормозящего действия газа скорость движения жидкости снижается и жидкость будет накапливаться в сво­ бодном объеме насадки. Скорость газа, соответствующая началу тор­ можения жидкости, называется точкой подвивания. Режим работы аппарата между точками торможения и подвисания называется п р о -

263

м е ж у т о ч н ы м. В этом режиме жидкость покрывает всю насадку в виде стекающей тонкой пленки и отдельных струй. Взаимодействие между фазами происходит на их поверхности, которая примерно равна поверхности насадки.

При повышении скорости газа сверх точки подвисания начинается интенсивная турбулизация газа и самой пленки жидкости, которая в значительно большем количестве, чем в предыдущем режиме, удер­ живается насадкой. Все это приводит к существенному увеличению интенсивности массопередачи.

Дальнейшее накопление жидкости в объеме насадки приводит к тому, что жидкость отрывается от поверхности насадки и эффективно перемешивается с газом. В этом случае нельзя установить, какая фаза является сплошной и какая — дисперсной. Происходит непрерывное изменение состояния системы: дисперсной и сплошной фазами в дан­ ном объеме насадки становятся то газ, то жидкость, т. е. наблюдается непрерывная и н в е р с и я ф а з . Скорость газа, соответствующая инверсии фаз, называется точкой инверсии. Режим работы аппарата между точками подвисания и инверсии называется т у р б у л е н т -

н ы м. Режим работы, соответствующий точке инверсии и находя­ щийся выше точки инверсии, называется режимом эмульгирования.

Такое название режим получил потому, что жидкость дробится газо­ вым потоком на отдельные мелкие частицы (капли), т. е. происходит как бы эмульгирование жидкости в газе. Режим эмульгирования ка­ чественно отличается от предыдущих режимов наличием свободной, развитой турбулентности потоков газа и жидкости, что приводит к резкому увеличению интенсивности массопередачи. При дальнейшем увеличении плотности орошения жидкость может подняться выше на­ садки и произойдет так называемое з а х л е б ы в а н и е насадки.

Скорость в точке инверсии является исходной величиной при ко­ личественной оценке других режимов работы насадочного аппарата. Она зависит от размеров элементов насадки и свойств газа и жидкости и может быть определена по уравнению

уравнении (13-9) А = 0,022.

Критические скорости ѵ0, отнесенные к полному сечению аппарата, могут быть определены в зависимости от скорости в точке инверсии: точка торможения равна 0,45 иинв, точка подвисания — 0,85 ѵИнв.

264

Если скорость газа в аппарате равна ѵ0 и определена скорость в точке инверсии, то могут быть установлены гидродинамические режимы:

Гидравлические сопротивления орошаемых насадок

Вопрос о гидравлических сопротивлениях сухих насадок рассмот­ рен в главе 2. Гидравлические сопротивления орошаемых насадок можно определить по формуле

Размерность Ар определяется размерностью сопротивления сухой насадки Арс. Постоянные Сх и С2 приближенно определяются по фор­ мулам;

а = 3Ш - ° ’853'

При работе аппарата в режиме эмульгирования гидравлические сопротивления равны (в мм -вод. ст.)

где Арит — сопротивления в точке инверсии, мм вод. ст., определяе­ мые по формуле (13-10) или (13-11);

Н — высота насадки, м.

265