Коэффициент массоотдачи в жидкой фазе определяют по уравнению

. (3.34)

3.2.4. Расчет хемосорбционных аппаратов

При абсорб­ции, сопровождаемой химической реакцией в жидкой фазе, абсорбируемый компонент вступает в реакцию с поглотителем. Возрастает градиент концентраций около поверхности раздела, скорость поглощения увеличива­ется. Коэффициент ускорения аб­сорбции в жидкой фазе при про­текании химической реакции ра­вен

χ = β_ж*/β_ж, (3.35)

где β_ж и β_ж*— коэффициенты массоотдачи в жидкой фазе для физической абсорбции и абсорбции, сопровождаемой химической реакцией.

Абсорберы для процессов хемосорбции рассчитывают теми же методами, что и для процессов физической абсорбции.

Уравнение материального баланса

G(Y₁ – Y₂) = ±L(X_A1 – X_A2) = ±L(С₂ – С₁), (3.36).

где С — химическая емкость раствора:

С = Х_B(1 - R)/n = Х_B/n - Х_А, (3.37).

X_A и .Х_B — концентрации компонента и активной части в растворе; R — до­ля активной части, химически связанной с абсорбируемым компонентом; п — число киломолей активной части, реагирующих с 1 кмоль компонента; ин­дексы 1 и 2 относятся к входу и выходу газа. Знак плюс означает противо­ток, а знак минус — прямоток.

Минимальный удельный расход раствора равен

l_min = ±L_min/G = (Y₁ – Y₂) п/Х_B, (3.38)

где L_min — минимальный расход исходного раствора.

Уравнение рабочей линии имеет вид

Y =Y₁ - l(C – C₁) (3.39).

или для состава газа (в мольных долях):

, (3.40)

где l = ±L/G.

Диаграмма Y—Х для абсорбции, сопровождаемой химичес­кой реакцией, показана на рис 3.23.

Рис. 3.23. Диаграмма для хемосорбции в жидкой фазе (вертикальные отрезки между линиями АВ и CD являются значениями движущей силы ; АВ – рабочая линия; CD – линия значений Y_р).

Рис.3.24. График для определения Х_р при абсорбции, сопровождаемой химической реакцией в жидкой фазе.

По мере протекания хемосорбции коэффициент массоотдачи в жидкой фазе β_ж* уменьшается, что затрудняет вычисление движущей силы и числа единиц переноса. Для необратимых реакций N_0г рассчитывают по формуле (при переменном зна­чении K_г):

. (3.41)

Для необратимой реакции значение Y* равно 0, поэтому в формулу подставляют значения Y.

Так как коэффициент массоотдачи в газовой фазе β_г при хемосорбции не изменяется, число единиц переноса можно оп­ределить по формуле

(3.42)

где Y_р — равновесная концентрация на границе раздела фаз.

Из соотношения

β_г(Y - Y_р) = β_жχХ_р

при Х_p = mX_p получим

χ = (β_г/β_ж)(Y/X_р - m), (3.43)

где χ — коэффициент ускорения.

Значение Х_р, соответствующее данному Y, определяют гра­фически (рис. 3.24) Для этого, задаваясь значениями Х_р, строят линию АВ, определяющую зависимость χ от Х_р. Далее строят линии CD, C'D', C"D" и C^́́́́́́′′′D′′ по формуле (3.43) при разных значениях Y Точки Е, Е', Е" и Е"' будут соответствовать зна­чениям Х_р для значения Y. Затем из Y_р = mХ находят Y_р и строят (см. рис 3.25) линию CD, являющуюся функцией Y_р = f(R).

Если реакция протекает по первому или псевдопервому по­рядку, то χ, β_ж и K_г в процессе абсорбции постоянны и число единиц переноса рассчитывают так же, как и для физической абсорбции, но движущую силу выражают разностью Y - Y*/χ. Исходя из этого, строят псевдоравновесную линию в координа­тах Y*/χ—X. При Y* = 0 число единиц переноса равно

N =ln (Y₁/Y₂). (3.44)