Nasadkalar turlari

Download 17,33 Kb.
Sana	07.12.2023
Hajmi	17,33 Kb.
	#113581

Bog'liq
Nasadkalar turlari-fayllar.org

Nasadkalar turlari

9-10. Nasadkalar turlari
ABSORBSIYA PAYTIDAGI MUVOZANAT
Absorbsiya jarayonida suyuqlik tarkibidagi gazning miqdori suyuqlik va gazning xususiyatiga, bosim, harorat va gaz fazasining tarkibiga bog‘liq. Suyuqlik bilan biror gaz aralashmasining o‘zaro ta’siri natijasida taqsimlanuvchi komponenet A tashuvchi komponent V yordamida suyuqlikda erigan bo‘lsa, fazalar qoidasiga muvofiq komponentlarning soni va erkinlik darajasi uchga teng bo‘ladi. Demak, gaz-suyuqlik sistemasida ikkala fazaning harorati, bosimi va konsentratsiyasi o‘zgarishi mumkin. Shuning uchun o‘zgarmas harorat va umumiy bosimda muvozanat holatidagi gazning parsial bosimi (yoki uning konsentratsiyasi) bilan suyuq faza tarkibining o‘zaro bog‘lanishi bir xil bo‘ladi. Bu bog‘lanish Genri qonuni bilan ifodalanib, erigan gazning parsial bosimi eritmadagi uning mol qismiga mutanosibdir: A A P  E  x * . (9) Suyuqlikdagi gazning eruvchanligi (yutilgan komponent A) ma’lum haroratda uning suyuqlik yuzasidagi parsial bosimiga mutanosibdir: PA E x   * 1 , (10) bu yerda, * PA – muvozanat holatidagi eritmada konsentratsiyasi x A bo‘lgan yutilayotgan gazning parsial bosimi;  x – eritmadagi gazning konsentratsiyasi (mol hisobida), bu gaz bilan suyuqlik fazalari muvozanatlashganda yutilayotgan komponentning parsial bosimi RA ga teng; E – mutanosiblik yoki Genri koeffitsiyenti. Genri koeffitsiyentining miqdori berilgan gaz uchun yutilayotgan suyuqlik va gazning tarkibiga, haroratiga bog‘liq bo‘lib, sistemaning umumiy bosimiga bog‘liq emas. E ning haroratga bog‘liqligi quyidagi tenglama bilan aniqlanadi: C R T q nE      . (11) bu yerda, q – eriydigan gazning differensial issiqligi, R – gaz doimiyligi; C – yutilayotgan suyuqlik va gazning tabiatiga bog‘liq bo‘lgan o‘zgarmas kattalik. Ideal suyuqliklar uchun har xil haroratda konsentratsiyaning bosim bilan o‘zaro bog‘lanishi R-x diagrammada to‘g‘ri chiziq ko‘rinishida, Genri koeffitsiyentiga teng bo‘lgan og‘ma chiziqlar orqali tasvirlanadi. 1-rasmga va (11) tenglamaga muvofiq, harorat ortishi bilan Genri koeffitsiyentining miqdori (bir xil sharoitda) ortadi, (10) tenglamaga muvofiq esa gazning suyuliqdagi eruvchanligi kamayadi. 10 1-rasm. Gazning suyuqlikda erishiga haroratning ta’siri. Gaz aralashmasidan ajratib olinayotgan komponentning mol ulushi uA va sistemadagi umumiy bosim R bo‘lganda, parsial bosim RA Dalton qonuni bo‘yicha quyidagi bog‘lanish orqali ifodalanadi: RA = R · UA . (12) RA ning qiymatini (14.1) tenglamaga qo‘ysak:  УA = A x P E . (13) Genri qonunini quyidagi ko‘rinishda yozish mumkin: * У = m · x , (14) bu yerda, m = E/R - taqsimlanuvchi koeffitsiyent yoki muvozanat holatdagi fazaning doimiyligini belgilaydi. (14) tenglamadan ko‘rinib turibdiki, gaz fazasidagi berilgan komponent konsentratsiyasi va gaz fazasi bilan muvozanatda bo‘lgan suyuqlik konsentratsiyasi o‘rtasidagi bog‘liqlik to‘g‘ri chiziq (muvozanat chizig‘i) bilan ifoda qilinadi. Bu to‘g‘ri chiziq koordinata boshidan o‘tib, ma’lum qiyalik burchagi α ga ega, bu burchakning tangensi m ga teng. Sistemadagi haroratning pasayishi va bosimning ortishi bilan m ning qiymati kamayadi. Shu sababdan gazning suyuqlikdagi eruvchanligi bosimning ortishi va haroratning pasayishi bilan ko‘payadi. ABSORBERNING MODDIY BALANSI Fazalar sarfini uskunaning balandligi bo‘yicha o‘zgarmas deb va yutilayotgan gazning miqdorini nisbiy mol konsentratsiyada qabul qilamiz. Moddiy balans tenglamasini tuzish uchun absorbsiya jarayonidagi asosiy kattaliklarni quyidagicha belgilaymiz: G – inert gazning sarfi, kmol/s; Yb va Y0 – gaz aralashmasidagi absorbtivning dastlabki va oxirgi konsentratsiyalari, kmol/kmol inert gazga nisbatan; L – absorbentning sarfi; Xb va X0 – absorbentning boshlang‘ich va oxirgi konsentarsiyalari, kmol/kmol. Bu holda moddiy balansning tenglamasi quyidagicha bo‘ladi: G (Yb – Y0) = L (X0 – Xb) . (15) 11 Bu tenglamadan absorbentning sarfi : б б X X Y Y L G    0 0 . (16) Uning solishtirma sarfi esa kmol/kmol inert gazga nisbatan: б б X X Y Y G L l     0 0 . (17) Bu tenglamani quyidagicha yozish mumkin:   б X Xб Y Y0  l 0  . (18) Agar gaz fazasidagi tegishli komponent to‘la yutilgan paytda Y0 =0, yutilgan komponentning miqdori esa GYb ni tashkil etadi. Haqiqiy yutilgan modda miqdorini to‘la yutilish paytidagi modda miqdoriga nisbati ajratib olish darajasi deb ataladi: φ = б б б б Y Y Y GY G Y Y0 0 ( )    . (19) Ish chizig‘ini chizish uchun fazalarning absorberga kirishdagi (Yb, Xb) va undan chiqishdagi tarkiblarini (Y0, X0) bilish kerak. Biroq odatda gaz va suyuqlikning dastlabki tarkiblari (Yb , Xb) va ajratib olish darajasi φ berilgan bo‘ladi. So‘ngra Y0 ning qiymati aniqlanadi. Shunday qilib A nuqtasining o‘rni belgilanadi (2-rasm). Ish chizig‘i AS ning holati, ya’ni S nuqta muvozanat chizig‘ida joylashgan paytda, absorbentning sarfi minimal qiymatga ega bo‘ladi: б мин б X X Y Y G L    * 0 0 . (20) 2-rasm. Absorbsiya jarayonining ish va muvozanat chiziqlari: 1–absorbentning sarfi L bo‘lganidagi ish chizig‘i; 2–absorbentning sarfi Lmin bo‘lgandagi ish chizig‘i; 3–muvozanat chizig‘i Υ*= f (x). 12 Absorbentning sarfi minimal bo‘lganda ish chizig‘ining muvozanat chiziq bilan kesishgan nuqtasi S da jarayonning harakatlantiruvchi kuchi nolga teng bo‘ladi. Sanoat miqyosida ishlatilayotgan absorberlarda fazalararo muvozanat ro‘y bermaydi va har doim X0 < X * 0 (bu yerda, X * 0 – uskunaga kirayotgan gaz bilan muvozanatda bo‘lgan suyuqlikdagi yutilayotgan komponentning tarkibi). Demak, absorbentning qiymati L uning minimal qiymati Lmin dan katta bo‘lishi kerak (L > Lmin). Yutuvchi suyuqlikning sarfi ko‘payishi bilan absorberning kerakli balandligi kamayadi, biroq desorbsiya jarayoni va suyuqlikni uzatish uchun zarur bo‘lgan sarflar ortadi. Absorbentning sarfiga harorat va bosim ham ta’sir ko‘rsatadi. Absorbentning minimal sarfini quyidagi tenglama orqali aniqlash mumkin: б б б мин Y Х Е P Y Y L G    0 , (21) bu yerda, P – gaz aralashmasining umumiy bosimi; E – Genri doimiyligi. Bir xil bo‘lgan sharoitlarda gaz aralashmasi umumiy bosimning ko‘payishi bilan absorbentning sarfi kamayadi. Haroratning ortishi bilan Genri koeffitsiyentining qiymati ham, yutuvchi suyuqlikning sarfi ham ko‘payadi. Texnologik shart-sharoitlariga ko‘ra absorbentdagi yutiluvchi moddaning tarkibi X0 berilmagan bo‘lsa, absorbentning o‘lchamlari va absorbentning sarfi o‘rtasida shunday nisbatlarni tanlab olish kerakki, bunda L ning qiymati va uskunaning o‘lchamlari maqbul bo‘lishi kerak. Buning uchun texnikaviyiqtisodiy hisoblarni bajarish zurur bo‘ladi. Odatda absorbentning solishtirma sarfi L/GT uchun (bu yerda, GT – inert gaz-tashuvchining sarfi) bir necha qiymatlar berilgan bo‘ladi; ushbu qiymatlar bo‘yicha uskunaning o‘lchamlari, amortizatsiya, ta’mirlash va uni ishlatish uchun sarflar miqdori aniqlanadi. Umumiy sarflarning minimal qiymatlari absorbent solishtirma sarfining maqbul qiymatiga to‘g‘ri keladi (L/GT)opt. Bunday hisoblashlar sanoatda chiqarilayotgan absorberlarning har bir seriyasi uchun bajariladi. Amaliyotda yutuvchi suyuqlikning sarfini quyidagicha qabul qilinada: L = (1,3 ÷ 1,5 ) Lmin . ABSORBSIYA TEZLIGI Absorbsiya jarayonining tezligi quyidagi modda o‘tkazish tenglamalari orqali ifoda qilinadi: M = Кu F ΔUo‘r τ ; (22) M = Кx F ΔXo‘r τ ; (23) bu yerda, M – gaz fazasidan suyuqlik fazasiga o‘tgan moddaning miqdori; F – fazalarning kontakt yuzasi; τ – jarayonning davomiyligi; ΔUo‘r, ΔXo‘r – jarayonning harakatlantiruvchi kuchi, konsentratsiyalar yoki bosimlar farqi 13 orqali ifodalanadi; Кu, Кx – modda o‘tkazish yoki absorbsiya koeffitsiyentlari. Absorbsiya jarayonining sxemasi 3-rasmda ko‘rsatilgan. Suyuq faza A oqimning asosiy massasi (yoki markazi) va yupqa chegara qatlamidan iborat bo‘ladi. 3-rasm. Absorbsiya jarayonining sxemasi. V fazasi esa suyuq chegara qatlamiga tegib turgan gazning yupqa chegara qatlamiga ega. Ushbu chegara qatlamlarda yutilayotgan komponent faqat diffuziya ta’sirida tarqaladi. Shunday qilib, modda o‘tkazishga to‘sqinlik qiladigan hamma qarshiliklar yupqa chegara qatlamlarida yig‘ilgan bo‘ladi. Suyuq chegara qatlamidagi modda o‘tkazishga bo‘lgan qarshilikni 1/βs, gaz chegara qatlamidagi qarshilikni esa 1/βr bilan belgilab, quyidagi tenglamalarga erishamiz: c m r KY     1 1 ; (24) c m r KX   1 1 1   ; (25) bu yerda, βr – gaz fazasidagi modda berish koeffitsiyenti; βS – suyuq fazadagi modda berish koeffitsiyenti; m – muvozanat chizig‘i qiyalik burchagining tangensi (yoki mutanosiblik koeffitsiyenti). Modda berish koeffitsiyentlarining qiymatlari suyuqlik va gaz fazalari o‘rtasida kontakt hosil qilish usuliga, gaz va suyuqlikning fizik xossalariga va ularning harakat tezliklariga bog‘liq. Modda berish koeffitsiyentlarining Suyuqlik yupqa qatlami Gaz yupqa qatlami Yutilayotgan komponentnin g yo‘nalishi У У* А 14 miqdorlari kriterial va empirik tenglamalar yordamida topiladi. Agar gaz suyuqlikda juda yaxshi eruvchan bo‘lsa, mutanosiblik koeffitsiyenti m ning qiymati juda kichik bo‘ladi. Xuddi shuningdek, suyuq fazadagi diffuzion qarshilik ham juda kam bo‘ladi. Bunda 1/βr>>1/βS bo‘lgani uchun Кu=βr bo‘ladi. Suyuqlikda yomon eruvchan gazlar uchun gaz fazasidagi diffuzion qarshilikni hisobga olmasa ham bo‘ladi (chunki m va βr ning qiymati juda katta). Shuning uchun 1/βS>>1/βrm bo‘lgani sababli КX=βS bo‘ladi. (22) tenglamadagi gaz fazasining mol konsentratsiyalarini gazning parsial bosimi bilan almashtirib, uni umumiy bosim ulushlarida ifodalasak, modda o‘tkazishning asosiy tenglamasi quyidagi ko‘rinishni egallaydi: M = Кr F ΔRo‘r τ , (26) bu yerda, ΔRo‘r – bosim birliklarida ifodalangan jarayonning o‘rtacha harakatlantiruvchi kuchi; Кr – harakatlantiruvchi kuchga nisbatan olingan yutiluvchi gazning parsial bosimi bilan ifodalangan modda o‘tkazish koeffitsiyenti. Absorbsiya koeffitsiyentining qiymati gaz bilan suyuqlik o‘rtasidagi kontakt qilish usuliga, ikkala fazaning fizik xossalari va ularning harakat tezligiga bog‘liq bo‘ladi. Кu va КX ning son qiymatlari odatda tajriba natijalarini o‘xshashlik nazariyasi asosida qayta ishlab olingan kriterial tenglamalar yordamida aniqlanadi. Ikkita misol keltiramiz. Agar suyuqlik birorta yuza bo‘ylab yupqa qatlam ustida uchrashsa, bunday sharoitda gaz yupqa qatlamidagi modda berish koeffitsiyenti βr ni quyidagi kriterial tenglama bilan topish mumkin: Nu   n r m r A r 1 1  Re Pr , (27) bu yerda, 1 Nur va 1 Prr – gaz uchun Nusselt va Prandtl diffuzion mezonlari; Rer – gaz uchun Reynolds mezoni. Rer = 100 ÷ 10000 va 1 Prr = 0,5 ÷ 2 bo‘lganda: 1 Nur = 0,027 Re 0,8 ( 1 Prr ) 0,33 . (28) Nasadkali absorberlarda suyuq fazadagi modda berish koeffitsiyenti βS quyidagi kriterial tenglama yordamida aniqlansa bo‘ladi: 1 NuC = 0,00595 Re S 0, 67 ( 1 PrC ) 0,33 Gac 0,33 , (29) bu yerda, 1 NuC – suyuqlik uchun Nusselt diffuzion mezoni; ReC – suyuqlik uchun Reynolds soni; 1 PrC – suyuqlik uchun Prandtl diffuzion mezoni; Gac – suyuqlik uchun Galiley mezoni. DESORBSIYA Absorberdan chiqib ketayotgan suyuq yutuvchi tarkibidagi erigan gazlarni ajratib olish jarayoni desorbsiya deb ataladi. Desorbsiyaning asosiy maqsadi ishlatilgan absorbentni regeneratsiya qilish hamda yutilgan gazni haydash yoki 15 rektifikatsiya usuli bilan ajratib olishdan iboratdir. Sanoatda desorbsiyaning turli usullari qo‘llaniladi. Aralashmaning tabiatiga ko‘ra desorbsiyaning u yoki boshqa usuli tanlab olinadi. Suyuqlikda yutilgan komponent quyidagi usullarda desorbsiya qilinadi: 1) inert gaz yoki suv bug‘i yordamida ajratib olinadi; 2) absorbentga issiqlik berish bilan ajratib olinadi; 3) absorbsiya jarayonidan keyin absorbentning bosimini kamaytirish natijasida ajratib olinadi. Inert gaz yoki suv bug‘i ta’sirida desorbsiya qilish. Bu usulda yutilgan gazni desorbsiya qilish uchun inert gaz yoki suv bug‘i ishlatiladi. Bunda inert gaz yoki suv bug‘i suyuqlik bilan bevosita bir-biriga ta’sir qiladi. Taqsimlanayotgan komponentning parsial ish bosimi suyuqlik ustidan desorbsiya qilinayotgan agent bosimiga qaraganda yuqori bo‘lgani uchun bu komponent suyuqlikdan gaz oqimiga yoki suv bug‘iga o‘tadi. Yutilgan gazni suyuqlikdan ajratib olish uchun desorbsiya jarayoni inert gaz va suv bug‘i ta’sirida qarama-qarshi yo‘nalishda nasadkali kolonnalarda olib boriladi. Inert gaz sifatida havo ishlatiladi, yutilgan gaz esa u bilan aralashib ketadi. Bunday desorbsiya usuli gaz aralashmasidan ajratib olingan komponent boshqa maqsadlarda ishlatilmagan hollarda qo‘llaniladi. Absorberga issiqlik berish yo‘li bilan yutilgan gazni ajratib olish. Desorberga issiqlik berilganda, masalan, u suv bug‘i bilan isitilganda, suyuqlikda desorbsiya qilinayotgan komponent bilan absorbentning ham bir qismi bug‘lanadi. Hosil bo‘lgan aralashmalardan kerakli komponentni ajratib olish uchun rektifikatsiya usuli qo‘llaniladi. Absorberning bosimini kamaytirib yutilgan gazni ajratib olish. Bu desorbsiya usuli juda oddiy bo‘lib, absorbsiya jarayoni atmosfera bosimidan yuqori bosimlarda olib borilganda kolonnadagi bosimni atmosfera bosimigacha kamaytirish natijasida yutilgan gaz desorbsiya qilinadi. Agar absorbsiya jarayoni atmosfera bosimida olib borilsa, u holda desorbsiya qilinuvchi komponent vakuum-nasos yordamida tortib olinadi. Eritma tarkibidagi desorbsiya qilinadigan komponentni butunlay ajratib olish uchun ko‘pincha desorbsiya jarayonlari issiqlik berish bilan birgalikda past bosim ostida olib boriladi.
Ichki kontakt moslamalarining rusumiga ko‘ra kolonnali uskunalar to‘rtta turga bo‘linadi: tarelkali, nasadkali, plyonkali va suyuqlikni sochib beruvchi uskunalar. Кontakt moslamalarini tanlash quyidagi omillarga bog‘liq bo‘ladi: ajraladigan aralashmalarning xossalari; uskunadagi ishchi bosim; bug‘ (gaz) va suyuqlikning sarflari va hokazo. Neft va gazni qayta ishlash sanoatida asosan tarelkali va nasadkali kolonnalar ishlatiladi. Tarelkali kolonnaning ichki qismiga uning balandligi bo‘ylab bir xil oraliqda bir necha gorizontal to‘siqlar, ya’ni tarelkalar o‘rnatiladi. Tarelkalar orqali gaz va suyuqlik bir-biri bilan o‘zaro to‘qnashib, ularning harakati boshqariladi. Gazlarning suyuqlikdan o‘tishi va natijada tomchi hamda ko‘piklarning hosil bo‘lishi barbotaj deyiladi. 21 Sanoatda konstruktiv tuzilishi turlicha bo‘lgan tarelkalar ishlatiladi. Suyuqlikning bir tarelkadan ikkinchi tarelkaga quyilishiga qarab tarelkali kolonnalar quyilish moslamasi bor va quyilish moslamasi yo‘q bo‘ladi. Quyilish moslamasi bor tarelkali kolonnalarda suyuqlik bir tarelkadan ikkinchi tarelkaga quyiluvchi quvur yoki maxsus moslama orqali o‘tadi. Bunda quvurning pastki qismi pastki tarelkadagi stakanga tushirilgan bo‘lib, gidravlik zatvor vazifasini bajaradi, ya’ni bir tarel-kadan ikkinchi tarelkaga faqat suyuqlikni o‘tkazib gazni o‘tkazmaydi. 1-rasmda quyilish moslamasi bor tarelkali absorberning sxemasi 1-rasm. Quyilish moslamasi bo‘lgan tarelkali kolonna: 1–g‘alvirsimon tarelka; 2–quyilish quvuri. ko‘rsatilgan. Bunda suyuqlik kolonnaning yuqorigi qismidagi tarelkaga berilib, bu suyuqlik tarelkadan tarelkalarga maxsus moslama orqali o‘tib, kolonnaning pastki qismidan chiqib ketadi. Gaz esa kolonnaning pastki qismidagi tarelkalarning teshikchalaridan pufakchalar holida taqsimlanib, tarelkalardagi suyuqlik qatlamida ko‘pik hosil qilib yuqoriga harakat qiladi. Tarelkada hosil bo‘lgan gaz ko‘piklari modda va issiqlik almashinish jarayonining asosiy qismini tashkil qiladi. Tozalangan gaz esa kolonnaning yuqorigi qismidan chiqadi. Quyilish quvurlari shunday joylashtiriladiki, bunda qo‘shni tarelkadagi suyuqlik qarama-qarshi yo‘nalishda harakat qiladi. Quyilish moslamasi bor kolonnalarda elaksimon, qalpoqchali, S – simon elementli, klapanli, kapsulali, plastinali, tez harakat qiladigan oqimli va boshqa turdagi tarelkalar o‘rnatiladi. Bunday tarelkalarda suyuqlik oqimi harakatini tashkil etishda quyidagi usullar ishlatiladi: bir oqimli, ikki oqimli, uch oqimli, to‘rt oqimli, halqasimon harakat, tutash tarelkalarda bir tomonga yo‘nalgan harakat, pog‘onalar bo‘ylab harakat, o‘roqsimon quyilish to‘sig‘i orqali harakat (2-rasm). Turli xildagi quyilish moslamasi bo‘lgan tarelkalarning samarali Suyuqlik Gaz Gaz Suyuqlik 1 2 22 ishlashi gidrodinamik harakat rejimiga bog‘liq. Gazlarning tezligi va suyuqlikning tarelkalarda taqsimlanishiga qarab tarelkali absorberlar uch xil: pufakli, ko‘pikli, ingichka oqimli gidrodinamik rejimda ishlaydi. Bu rejimlar barbotaj qatlamining tarkibiga qarab bir-biridan farq qilishi bilan birga, kontakt yuzasining kattaligi, gidravlik qarshilik miqdori va balandligini aniqlaydi (3- rasm). Ushbu rasmda quyilish moslamasi bor tarelkaning gidravlik qarshiligi bilan kolonnadagi gaz oqimi tezligining o‘zaro bog‘lanishi ko‘rsatilgan. Gazning tezligi kichik bo‘lganda, u suyuqlik qatlamidan alohida pufakchalar holida o‘tadi. Bu tarelkalardagi gaz bilan suyuqlikning kontakt yuzasi kichik bo‘ladi. Bunday holat pufakli rejimni tashkil etadi.

http://fayllar.org

Download 17,33 Kb.