Сорбционные методы очистки от вредных газообразных выбросов и использование уловленных компонентов (аппараты химической и физико-химической очистки газов)

В результате изучения данной главы студент должен: знать

• назначение, принцип действия и конструкции сорбционной очистки газов;

уметь

• проводить оценку эффективности очистки газов для аппаратов сорбционной очистки;

владеть

• методиками расчета аппаратов сорбционной очистки газов.

Физические основы сорбционных методов очистки

Для очистки газов от вредных газообразных компонентов используют преимущественно сорбционные методы. Процессы сорбции, как известно, являются процессами массообмена, т. е. диффузионного перехода газообразного компонента в жидкую или твердую фазу. Основными видами аппаратов, применяемых для очистки газов от вредных газообразных компонентов, являются абсорберы и адсорберы.

Трудности чисто теоретического анализа и расчета массопереноса обусловлены сложностью механизма переноса к границе раздела фаз посредством молекулярной и турбулентной диффузии и недостаточной изученностью гидродинамических закономерностей турбулентных потоков, особенно вблизи подвижной границы раздела фаз. Рассмотрим процесс массопередачи между жидкостью и газом (паром) или между двумя жидкостями, которые движутся с некоторой скоростью друг относительно друга и разделены подвижной поверхностью раздела. Процесс массопередачи теснейшим образом связан со структурой турбулентного потока в каждой фазе. Как известно из термодинамики, при турбулентном движении потока у твердой стенки образуется ламинарный пограничный слой. Поэтому для каждой фазы различают ядро, или основную массу фазы, и пограничный слой у границы фазы. В ядре вещество переносится преимущественно турбулентными пульсациями, и концентрация распределяемого вещества в ядре фазы практически постоянна. В пограничном слое происходит постепенное затухание турбулентности. Это выражается все более резким изменением концентрации по мере приближения к поверхности раздела. Непосредственно у поверхности перенос сильно замедляется, так как его скорость уже будет определяться скоростью молекулярной диффузии. В этой области наблюдается наиболее резкое, близкое к линейной, изменение концентрации по мере приближения к поверхности раздела (рис. 8.1).

Такой характер изменения концентрации объясняется тормозящим действием сил трения между фазами и сил поверхностного натяжения на границе раздела фаз. В настоящее время существует множество моделей массопереноса. В основу большинства моделей положены следующие допущения:

1) общее сопротивление переноса из фазы в фазу складывается из сопротивления двух фаз и сопротивления поверхности раздела фаз. Однако сопротивление на поверхности раздела можно в большинстве случаев считать равным нулю. Тогда, принимая, что процесс переноса в пределах каждой фазы протекает независимо от другой, общее сопротивление.

Рис. 8.1. Схема распределения концентраций в фазах в процессе массопереноса переносу можно рассматривать как сумму фазовых сопротивлений (правило аддитивности);

2) на поверхности раздела фазы находятся в равновесии, причем равновесие на границе фазы устанавливается значительно быстрее изменения средней концентрации в ядре фазы.