Процессы массопередачи при абсорбции газов часто сочета­ются с химическим взаимодействием компонентов жидкой и га­зовой фаз. При этом для оценки общей скорости процесса не­обходимо учитывать реакции. Общая скорость процессов физи- ческой абсорбции или абсорбции, сопровождающейся очень быстрой химической реакцией, определяется скоростью диффу - зии компонентов в газовой и жидкой фазах. Такие процессы весьма интенсивно протекают в сильно турбулизированных га - ' зожидкостных потоках, создаваемых в трубах Вентури и ап­паратах с пенным слоем (АПС или ПАСС).

При оценке эффективности абсорберов пользуются коэффи­циентами масеопередачи (объемными и поверхностными) или = числом единиц переноса.

Объемный коэффициент масеопередачи относят к единице ■ объема слоя или единице объема аппарата XV. Поверхностный коэффициент масеопередачи относят к единице площади ре­шетки или единице поверхности контакта фаз Ks-

Взаимосвязь числа единиц переноса, отнесенных к концентрациям газа Я0,г или жидкости N0,x и коэффициентов масеопередачи выражается следующими уравнениями:

No, г=Хг г#сл/3600е/г=Xrs/3600cr=Xra/3600wr, (8.36)

^о, ж=ХжуЯсл/І=Хж5/І=ХжаД, (8.37)

где Or — скорость газа, рассчитанная на полное сечение аппарата, м/с; а — по­верхность контакта фаз, м2; L — плотность орошения (приведенная скорость жидкости), м*/ч.

При поглощении аммиака из аммиачно-воздушной смеси водой получены следующие зависимости для коэффициента масеопередачи, отнесенного к сече­нию горловины трубы Вентури.{313]:

при q<b дм3/м3 iCrF/5IP=10,8Ur1’1190’23> (8.38)

при <?>6 дм3/м3 KrF/STp=3,4ur‘'4,P0'45, (8.39)

где KtF—в кмоль/(м5-ч-МПа); ог — скорость газа, м/с; q — удельное ороше­ние, дм8/м8 газа.

Влияние объема трубы Вентури на коэффициенты масеопередачи (в ч~!) учитывается в следующих уравнениях [314]: для пульсирующего режима

^=6-10-3УТР-°.28Ог<70-2, (8.40)

для равномерного режима

Kv=0,43-10-3lV-°sHr'-2<70'5, (8.41)

где Ктр — объем трубы, м3; q — линейная плотность орошения, см8/(см-с).

В абсорберах Вентури массообмен происходит с разной ин­тенсивностью в различных зонах. Многочисленными исследо­ваниями установлено, что интенсивность массообмена резко па­дает по мере удаления от места ввода жидкости; в основном массообмен происходит в момент диспергирования жидкости.

Предложено общий процесс массообмена в трубе Вентури разделить на составляющие:

М>,г=ЛГо+ф(УТР), (8.42)

где N0,г — число единиц переноса в газовой фазе; N0 — доля массообмена в мо­мент дробления жидкости; ф(Утр)—доля массообмена в объеме трубы.

При исследовании массоотдачи в газовой фазе для бесфорсуночных аб­сорберов Вентури были получены следующие уравнения [аналогичные урав­нению (8.42)] для определения числа единиц переноса: для пульсирующего режима:

М, г= (0,98+3,ЗЗІЛіб0,35) (L/G)0'29, (8.43)

для равномерного режима:

М, г= (0,39+0,01 СгН-3,82Va60>53) (L/G)0'39+°’°002',r, (8.44)

где Fa6 — рабочий объем абсорбера, м8; L/G — удельное орошение, кг/кг; vr — массовая скорость в горловине трубы Вентури, кг/(м2-с).

При этом было показано, что на долю массообмена в момент диспергиро­вания жидкости, выражаемого составляющей No, приходится 90%. С увеличе­нием масштаба аппарата доля эффекта N0 падает и снижается средняя интен­сивность массообмена.

Для прямоточного контактного устройства, представляюще­го собой перфорированный патрубок с верхним отражателем, отмечается [308] снижение объемного коэффициента массопе- редачи с увеличением длины контактной трубки. Это объясня­ется снижением активности объема по мере удаления его от зоны образования двухфазного потока.

Выражение для определения коэффициента масеопередачи имеет вид:

Кжа= 1124G°-65L,'Itf-2-5/,-9, (8.45)

где КжЯ — поверхностный коэффициент массопередачи, приведенный к единице - поверхности контакта фаз, м/ч; G — объемная скорость газа, м3/(м2-с); L — плотность орошения, отнесенная к сечению аппарата, м3/(м2-ч); Н — длина контактной трубки, м; f — сечение контактного патрубка, м2. ,

Исследования массоотдачи в газовой фазе для контактного устройства ; аппарата АПС [303] также подтвердили данные о наибольшей интенсивности массообмена в момент диспергирования жидкости. Опытные данные по мас - соотдаче (в с-1) в газовой фазе были описаны следующим уравнением:

[W= 13,lor°'62L°’43#~0'3, (8.46)

где 1>г — скорость газа в контактном патрубке, м/с; L — плотность орошения, м3/(м2-с); Н — высота контактного патрубка, м. |

Поэтому для повышения эффективности использования объема контактно - 1 го устройства и рационального использования потерь давления в аппарате бо - I лее предпочтительно работать при небольшой высоте контактного патрубка 1 (Я=0,5—1,0 и). |

Основное влияние на объемные коэффициенты массоотдачи ; для прямоточных скоростных аппаратов оказывает расход ■ жидкой фазы (увеличение скорости газа лишь в небольшой степени влияет на повышение интенсивности массоотдачи).

Для коэффициента массоотдачи (в с~‘) в жидкой фазе получено следую- . щее уравнение [303]:

рж v = Qt457VT0,25L0,86H-0,78 ( 8.47)

Результаты исследований массопередачи при различных условиях в пен - і ных аппаратах, а также расчетные уравнения для их проектирования приве - ■ дены в работах [304, 305].

Для расчета коэффициента массопередачи Ks при абсорбции хорошо рас - творимых газов из разбавленных воздухом газовых смесей рекомендуется еле - ^ дующая зависимость: :

Ksh^YH. (8.48)

где bi=2,2—2,5.

В частности, при абсорбции аммиака

A. s=2,43or#0'33. (8.49)

Здесь Ks— коэффициент массопередачи, отнесенный к единице площади решетки, м/с; Н — высота слоя пены, м.

Результаты исследований абсорбции газов в пенных аппа­ратах свидетельствуют о том, что коэффициенты массоотдачи: в газовой и жидкой фазах при использовании крупнодырчатых тарелок в 2 раза выше, чем в случае применения решеток с обычной перфорацией (с? о~5 мм).