Основы расчета массообменных аппаратов

Существует два основных принципиально различных типа массообменных аппаратов:

1. аппараты с непрерывным контактом фаз – посадочные колонны, пленочные аппараты;
2. аппараты со ступенчатым контактом фаз – тарельчатые колонны, смесительно – отстойные аппараты.

Расчету подлежат высота Н и диаметр Dвн аппарата

Расчет непрерывно-противоточных аппаратов

Поверхность массопередачи при расчете аппаратов (насадочная колонна, рис. 5-7) геометрически определима. Поверхность контакта фаз применяем равной поверхности насадки:

(5-30)

где Н – высота насадки, м; f – площадь поперечного сечения колонны, м²; σ – удельная поверхность сухой насадки, м²/м³; ψ – коэффициент смоченности насадки.

Рис.5-7.Насадочная колонна:

1 – корпус; 2 – разбрызгиватель; 3 – насадка

Рис.5-8.Тарельчатая колонна:

1 – корпус; 2 – тарелка; 3 – переток

По определению , отсюда поверхность контакта фаз . Приравнивая , получим

(5-31)

здесь - высота рабочей части аппарата, эквивалентная одной единице переноса (ВЕП), м.

общая высота рабочей части аппарата:

(5-32)

Высота единицы переноса определяется значение коэффициента массопередачи, т.е. отображает кинетику процесса. Величина следовательно, и высота всего аппарата будет тем меньше, чем интенсивнее массопередача в этом аппарате.

Расчет ступенчато-противоточных аппаратов.

Схема тарельчатого колонного аппарата изображена на рис. 5-8. В целом по всей колонне осуществляется противоток фаз, но на каждой тарелке наблюдается перекрестный ток и барботаж (газ в виде пузырьков проходит через слой жидкости на тарелке).

Рис.5-9.Схема массообмена на тарелке

Рассмотрим идеализированную тарелку (рис. 5-9), на которой состав жидкости во всех точках одинаков. Такой тарелке соответствует ступень А1ВА2 и точка А1 характеризует состав газовой фазы, поступающей на тарелку(У1) и жидкости на тарелке (Х1); точка А2 – соответственно покидающей тарелку (У2), и поступающей на тарелку (Х2). Составы газовой фазы по поперечному сечению аппарата постоянны; так как Х1=const, то и У1*=const.

Выделим элемент барботажа слоя dF. Для него – dM=-Gdy, однако, это же количество вещества из массопередачи . Приравниваем их:

Разделим переменные у и F и, интегрируя это уравнение

, получим:

Определим эффективность одной ступени, представив выражение для общего числа единиц переноса следующим образом

(5-33)

где - коэффициент извлечения (обогащения)

Тогда , откуда

(5-34)

На рис. 5-9 разность () – это отрезок А1В, а () – отрезок А1С, следовательно, .

Рассчитав ряд значений дл х в пределах от х_н до х_к и определив ответствующий им ряд значений у, отвечающих точкам В, строят так называемую Кинетическую кривую EBD (рис 5-10). Вписывая ступеньки между рабочей линией и кинетической кривой, определяют действительное число тарелок.

Рис.5-10.Определение числа тарелок методом кинетической кривой

Рис.5-11.Определение числа теоретических ступеней изменения концентрации

Поиск по сайту: