Классификация и основы расчета массообменных аппаратов.

Массообменные аппараты могут подразделяться по различным признакам:

по способу организации процесса:

      — периодические,

      — непрерывные;

по расположению в пространстве:

— вертикальные,

— горизонтальные,

— наклонные;

по давлению в аппарате:

— атмосферное,

— под избыточным давлением,

— под вакуумом;

по назначению: абсорберы, перегонные аппараты, ректификационные колонны, экстракторы, адсорберы, сушилки, кристаллизаторы и т.д.;

по способу организации контакта фаз:

— с непрерывным контактом фаз (плёночные, насадочные),

— со ступенчатым контактом фаз (тарельчатые);

по конструкции (будет рассматриваться при изучении конкретных типовых процессов).

1.7.1 Технологический расчет аппарата с непрерывным контактом фаз

Большинство массообменных процессов проводят в цилиндрических вертикальных аппаратах (колоннах) непрерывного действия. Технологический расчёт заключается в определении основных размеров аппарата, для колонны это диаметр D и высота Н.      

Исходными данными при проектном расчёте являются:                   

- расход одной из фаз , начальная и конечная концентрация распределяемого компонента в ней  и .

- начальная концентрация распределяемого компонента в другой фазе .

 Определяются в ходе расчёта:                 

- конечная концентрация  и расход второй фазы .                                  

Расчёт ведётся по основному уравнению мат баланса:

                                                                (1.56)

Определение  и .

Запишем уравнение материального баланса для распределяемого вещества для аппарата в целом:

                            (1.57)

По известным , ,  находим .

Задаваясь произвольным значением  можно найти , однако на  существует ограничение, связанное с направлением процесса массопередачи. Допустим, надо организовывать процесс переноса распределяемого компонента из фазы у в фазу х. Условие его проведения у > y* = mx (рис.1.9).

Рис.1.9.Располажение рабочей и равновесной линий (противоток)

Точка ,  соответствует верхнему сечению аппарата. Из точки ,  проводим серии рабочих линий, до касания равновесной, для точки касания движущая сила равна нулю и = min, :

Надо, чтобы  > min.  можно найти решив задачу оптимизации. Для начала можно брать . Для этого случая  находим из (1.57) , а затем среднюю движущую силу ; ,  - движущая сила массопередачи в верхнем и нижнем сечениях аппарата.

Определение скорости движения фаз и диаметра аппарата .

Расчётные формулы:

             (1.58)

Здесь ,  - объёмные расходы фаз; , - первоначальные фиктивные скорости фаз, отнесенные ко всей поперечной площади аппарата . По D подбираем по каталогу колонных аппаратов  и далее уточняют фиктивные скорости. Реальные фиктивные скорости отличаются от первоначальных. Для первоначального подбора  и  обычно пользуются эмпирическими зависимостями.

Расчёт коэффициента массопередачи

Коэффициент массопередачи  зависит от скорости движения фаз, которые определяют гидродинамический режим работы аппарата. Величина поверхности контакта фаз связана по уравнению массопеередачи .

Вначале находят коэффициент массоотдачи каждой из фаз , пользуясь критериальным уравнениям для . При выборе критериальных зависимостей необходимо отдать предпочтение уравнениям, полученным путем решения дифференциальных уравнений. Эмпирические зависимости, обычно, имеют границы применения.

Определение требуемой

Межфазной поверхности F

    По основному уравнению массопередачи определяется требуемая межфазная поверхность: