Absorbsiya jarayonining fizik asoslari

Yuklangan vaqt

2024-10-10

Yuklab olishlar soni

1

Sahifalar soni

7

Faytl hajmi

264,9 KB


Absorbsiya jarayonining fizik asoslari Reja: 1 . Absorbsiya jarayonining umumiy tushunchalari. 1. Absorbsiya jarayonining fizik asoslari. 2. Absorbsiyaning moddiy balansi va kinetik qonuniyatlari. Asosiy tushuncha va atamalar. Absorbtiv, desorbstiya, absorbsiya jarayonining umumiy tushunchalari, absorbsiya jarayonining fizik asoslari, absorbsiyaning molniy balansi va kinetik qonuniyatlari, absorbsiya jarayonining asosiy tenglamasi 1 . Absorbsiya jarayonining umumiy tushunchalari Gaz yoki bug`li aralashmalardagi komponentlarining suyuqlikda yutilish jarayoni absorbsiya deb nomlanadi. Yutilayotgan gaz yoki bug` absorbtiv, yutuvchi suyuqlik esa absorbent deb ataladi. Ushbu jarayon selektiv va qaytar jarayon bo’lib, gaz yoki bug` aralashmalarini ajratish uchun xizmat qiladi.Absorbtiv va absorbentlarning o‟zaro ta‟siriga qarab, absorbsiya jarayoni 2 ga bo‟linadi: fizik absorbsiya; kimyoviy absorbsiya (yoki xemosorbstiya). Fizik absorbsiya jarayonida gazning suyuqlik bilan yutilishi paytida kimyoviy reakstiya yuz bermaydi, ya‟ni kimyoviy birikma hosil bo‟lmaydi. Agar, suyuqlik bilan yutilayotgan gaz kimyoviy reakstiyaga kirishsa, bunday jarayon xemosorbstiya deyiladi. Ma’lumki, fizik absorbsiya ko’pincha qaytar jarayon bo’lgani sababli, ya’ni suyuqlikka yutilgan gazniajratib olish imkoni bo’ladi. Absorbsiya jarayonining fizik asoslari Reja: 1 . Absorbsiya jarayonining umumiy tushunchalari. 1. Absorbsiya jarayonining fizik asoslari. 2. Absorbsiyaning moddiy balansi va kinetik qonuniyatlari. Asosiy tushuncha va atamalar. Absorbtiv, desorbstiya, absorbsiya jarayonining umumiy tushunchalari, absorbsiya jarayonining fizik asoslari, absorbsiyaning molniy balansi va kinetik qonuniyatlari, absorbsiya jarayonining asosiy tenglamasi 1 . Absorbsiya jarayonining umumiy tushunchalari Gaz yoki bug`li aralashmalardagi komponentlarining suyuqlikda yutilish jarayoni absorbsiya deb nomlanadi. Yutilayotgan gaz yoki bug` absorbtiv, yutuvchi suyuqlik esa absorbent deb ataladi. Ushbu jarayon selektiv va qaytar jarayon bo’lib, gaz yoki bug` aralashmalarini ajratish uchun xizmat qiladi.Absorbtiv va absorbentlarning o‟zaro ta‟siriga qarab, absorbsiya jarayoni 2 ga bo‟linadi: fizik absorbsiya; kimyoviy absorbsiya (yoki xemosorbstiya). Fizik absorbsiya jarayonida gazning suyuqlik bilan yutilishi paytida kimyoviy reakstiya yuz bermaydi, ya‟ni kimyoviy birikma hosil bo‟lmaydi. Agar, suyuqlik bilan yutilayotgan gaz kimyoviy reakstiyaga kirishsa, bunday jarayon xemosorbstiya deyiladi. Ma’lumki, fizik absorbsiya ko’pincha qaytar jarayon bo’lgani sababli, ya’ni suyuqlikka yutilgan gazniajratib olish imkoni bo’ladi. Bunday jarayon desorbstiya deb nomlanadi. Absorbsiya va desorbstiya jarayonlarini uzluksiz ravishda tashkil etish, yutilgan gazni sof holda ajratib olish va absorbentni ko’p martaishlatish imkonini beradi. Absorbsiya jarayoni sanoat korxonalarida uglevodorodli gazlarni ajratish, sulfat, azot, xlorid kislotalar va ammiakli suvlarni olishda, gaz aralashmalaridan qimmatbaho komponentlarni ajratish va boshqa hollarda keng miqyosda ishlatiladi. Absorbsiya jarayoni ishtirok etadigan texnologiyalarni qurilmalar bilan jihozlash murakkab emas. Shuning uchun, kimyo, oziq - ovqat va boshqa sanoatlarda absorberlar ko’p qo’llaniladi. 2. Absorbsiya jarayonining fizik asoslari. Gaz faza suyuqlik bilan o’zaro ta’siri natijasida ikkita faza (F=2) va uchta komponent, ya’ni tarqaluvchi modda va ikkita modda tashuvchi (K=3) lardan iborat sistema hosil bo’ladi. Fazalar qoidasiga binoan, bunday sistema 3 ta erkinlik darajasiga ega: C  K  2 Ф  3 2  2  3 Sistemadagi fazaviy muvozanatni belgilovchi asosiy uchta parametrlar quyidagilardir: bosim, temperatura va konstentrastiya. Demak, «gaz-suyuqlik» sistemada ikkala fazaning bosimi r, temperaturasi t va konstentrastiyasi x o’zgarishi mumkin. Absorbsiya jarayoni o’zgarmas bosim va temperaturada borayotgan bo’lsa, bir fazada tarqalayotgan moddaning har bir konstentrastiyasiga, ikkinchi fazadagi aniq konstentrastiya to’g`ri keladi. O`zgarmas temperatura (t=const) va umumiy bosimli sharoitda muvozanat konstentrastiyalari orasidagi bog`liqlik Genri qonuni bilan ifodalanadi. Bu qonunga binoan, biror temperaturada eritmadagi eritma ustidagi gaz parstial bosimi, uning mol ulushiga to’g`ri proporstionaldir: Bunday jarayon desorbstiya deb nomlanadi. Absorbsiya va desorbstiya jarayonlarini uzluksiz ravishda tashkil etish, yutilgan gazni sof holda ajratib olish va absorbentni ko’p martaishlatish imkonini beradi. Absorbsiya jarayoni sanoat korxonalarida uglevodorodli gazlarni ajratish, sulfat, azot, xlorid kislotalar va ammiakli suvlarni olishda, gaz aralashmalaridan qimmatbaho komponentlarni ajratish va boshqa hollarda keng miqyosda ishlatiladi. Absorbsiya jarayoni ishtirok etadigan texnologiyalarni qurilmalar bilan jihozlash murakkab emas. Shuning uchun, kimyo, oziq - ovqat va boshqa sanoatlarda absorberlar ko’p qo’llaniladi. 2. Absorbsiya jarayonining fizik asoslari. Gaz faza suyuqlik bilan o’zaro ta’siri natijasida ikkita faza (F=2) va uchta komponent, ya’ni tarqaluvchi modda va ikkita modda tashuvchi (K=3) lardan iborat sistema hosil bo’ladi. Fazalar qoidasiga binoan, bunday sistema 3 ta erkinlik darajasiga ega: C  K  2 Ф  3 2  2  3 Sistemadagi fazaviy muvozanatni belgilovchi asosiy uchta parametrlar quyidagilardir: bosim, temperatura va konstentrastiya. Demak, «gaz-suyuqlik» sistemada ikkala fazaning bosimi r, temperaturasi t va konstentrastiyasi x o’zgarishi mumkin. Absorbsiya jarayoni o’zgarmas bosim va temperaturada borayotgan bo’lsa, bir fazada tarqalayotgan moddaning har bir konstentrastiyasiga, ikkinchi fazadagi aniq konstentrastiya to’g`ri keladi. O`zgarmas temperatura (t=const) va umumiy bosimli sharoitda muvozanat konstentrastiyalari orasidagi bog`liqlik Genri qonuni bilan ifodalanadi. Bu qonunga binoan, biror temperaturada eritmadagi eritma ustidagi gaz parstial bosimi, uning mol ulushiga to’g`ri proporstionaldir: bu yerda r – muvozanat holatidagi eritmada x konstentrastiyali yutilayotgan gazning parstial bosimi; E – Genri kontantasi. Genri konstantasi absorbtiv va absorbentlarning xossalariga, hamda temperaturaga bog`liq bo’ladi: bu yerda q – gazning erish issiqligi, kJ/kmol; R = 8,325 kJ/(kmolK) – universal gaz doimiysi; T– absolyut temperatura, K; S – yutayotgan suyuqlik va gazlarning tabiatiga bog`liq bo’lgan o’zgarmas kattalik. Tenglamadan ko’rinib turibdiki, temperatura ortishi bilan gazning suyuqlikda erishi kamayadi.Dalton qonuniga binoan, gaz aralashmasidagi komponentning parstial bosimi, ushbu komponent mol ulushining umumiy bosimga ko’paytirilganiga tengdir, ya’ni: Absorbsiya jarayoni nisbiy mol konstentrastiyalarda ham hisoblanishi mumkin. Bunda, gaz fazasining suyuqlikdagi kichik konstentrastiyalari x da Genri qonuni ushbu ko’rinishda yoziladi: Y  m X bu yerda r – muvozanat holatidagi eritmada x konstentrastiyali yutilayotgan gazning parstial bosimi; E – Genri kontantasi. Genri konstantasi absorbtiv va absorbentlarning xossalariga, hamda temperaturaga bog`liq bo’ladi: bu yerda q – gazning erish issiqligi, kJ/kmol; R = 8,325 kJ/(kmolK) – universal gaz doimiysi; T– absolyut temperatura, K; S – yutayotgan suyuqlik va gazlarning tabiatiga bog`liq bo’lgan o’zgarmas kattalik. Tenglamadan ko’rinib turibdiki, temperatura ortishi bilan gazning suyuqlikda erishi kamayadi.Dalton qonuniga binoan, gaz aralashmasidagi komponentning parstial bosimi, ushbu komponent mol ulushining umumiy bosimga ko’paytirilganiga tengdir, ya’ni: Absorbsiya jarayoni nisbiy mol konstentrastiyalarda ham hisoblanishi mumkin. Bunda, gaz fazasining suyuqlikdagi kichik konstentrastiyalari x da Genri qonuni ushbu ko’rinishda yoziladi: Y  m X Shuni alohida ta‟kidlash kerakki, o‟ta suyultirilgan eritmalar, hamda kichik bosimlarda o‟z xossalari bo‟yicha ideal suyuqliklarga o‟xshash eritmalar ham Genri qonuniga bo‟ysunadi. Yuqori konstentrastiyali eritmalar va katta bosimlarda gaz bilan suyuqlikning o’zaro muvozanat holati Genri qonuniga bo’ysunmaydi, chunki fazalarning muvozanat konstentrastiyalari orasidagi bog`liqlik egri chiziq bilan ifodalanadi. 3. Absorbsiyaning moddiy balansi va kinetik qonuniyatlari  G dy  L  dx Oxirgi tenglamani boshlang`ich va oxirgi konstentrastiyalar oraligida integrallagandan so’ng, undan absorbent sarfini (kmol/s) aniqlash mumkin: 1 kmol inert gaz uchun zarur solishtirma sarf: Absorberda konstentrastiyaning o’zgarishi va tenglamalar bilan ifodalanadi. Jarayon ishchi chizig`i u-x koordinatalarida to’g`ri chiziq ko’rinishida bo’ladi. Uning qiyalik burchagi tangensi l = L/G. Absorbent solishtirma sarfining absorber o’lchamiga va suyuq fazada tarqalayotgan moddaning oxirgi konstentrastiyasiga ta’sirini ko’rib chiqamiz. Absorberda fazalar yo’nalishi parallel deb qabul qilamiz. u-x koordinatalarning V nuqtasida aniqlanayotgan suyuq fazada tarqalayotgan moddaning boshlang`ich konstentrastiyasi xb, gaz fazasidagi boshlang`ich konstentrastiya ub, oxirgisi esa - uox Fazalar muvozanat holati um = f(x) Shuni alohida ta‟kidlash kerakki, o‟ta suyultirilgan eritmalar, hamda kichik bosimlarda o‟z xossalari bo‟yicha ideal suyuqliklarga o‟xshash eritmalar ham Genri qonuniga bo‟ysunadi. Yuqori konstentrastiyali eritmalar va katta bosimlarda gaz bilan suyuqlikning o’zaro muvozanat holati Genri qonuniga bo’ysunmaydi, chunki fazalarning muvozanat konstentrastiyalari orasidagi bog`liqlik egri chiziq bilan ifodalanadi. 3. Absorbsiyaning moddiy balansi va kinetik qonuniyatlari  G dy  L  dx Oxirgi tenglamani boshlang`ich va oxirgi konstentrastiyalar oraligida integrallagandan so’ng, undan absorbent sarfini (kmol/s) aniqlash mumkin: 1 kmol inert gaz uchun zarur solishtirma sarf: Absorberda konstentrastiyaning o’zgarishi va tenglamalar bilan ifodalanadi. Jarayon ishchi chizig`i u-x koordinatalarida to’g`ri chiziq ko’rinishida bo’ladi. Uning qiyalik burchagi tangensi l = L/G. Absorbent solishtirma sarfining absorber o’lchamiga va suyuq fazada tarqalayotgan moddaning oxirgi konstentrastiyasiga ta’sirini ko’rib chiqamiz. Absorberda fazalar yo’nalishi parallel deb qabul qilamiz. u-x koordinatalarning V nuqtasida aniqlanayotgan suyuq fazada tarqalayotgan moddaning boshlang`ich konstentrastiyasi xb, gaz fazasidagi boshlang`ich konstentrastiya ub, oxirgisi esa - uox Fazalar muvozanat holati um = f(x) tenglamaga binoan turli qiyalik burchagi ostida bir nechta ishchi hiziqlar o’tkazamiz. Rasmdagi A1, A2, A3 nuqtalar gaz faza va absorbentdagi boshlang`ich va oxirgi konstentrastiyalarni xarakterlaydi. Jarayonni harakatga keltiruvchi kuchi ishchi va muvozanat chiziqlar o’rtasidagi farq bilan aniqlanadi, ya’ni u=u-um. Butun qurilma uchun o’rtacha harakatga keltiruvchi kuch. Turli temperaturalarda (t1>t2>t3) gazning suyuqlikda erishi. o’rtacha logarifmik qiymat sifatida topiladi. Agar, ishchi chiziq VA vertikal chiziq bilan ustma-ust tushsa, harakatga keltiruvchi kuch eng katta qiymatga ega bo’ladi. Agar, tenglamaga xox= xb qo’yilsa, absorbentning sarfi cheksiz bo’ladi. Boshqa holatda esa, ya’ni ishchi chiziq VA3 muvozanat chizig`i bilan tutashsa, absorbentning sarfi minimal va tutashish nuqtasida harakatga keltiruvchi kuch nolga teng bo’ladi, chunki ub = um . Birinchi holatda absorberning o’lchamlari minimal bo’ladi, chunki absorbentning cheksiz sarfida uo’r maksimal qiymatga egadir. Ikkinchi holatda esa, absorbentning sarfi minimal bo’lganda absorbentning o’lchamlari cheksiz bo’ladi. Massa almashinish, shu jumladan, absorbsiya jarayonida ham muvozanatga erishib bo’lmaydi, chunki har doim (xox < xm). Demak, absorbentning sarfi har doim minimal qiymatdan katta bo’lishi kerak. Absorbentning minimal sarfini quyidagi tenglamadan topish mumkin: tenglamaga binoan turli qiyalik burchagi ostida bir nechta ishchi hiziqlar o’tkazamiz. Rasmdagi A1, A2, A3 nuqtalar gaz faza va absorbentdagi boshlang`ich va oxirgi konstentrastiyalarni xarakterlaydi. Jarayonni harakatga keltiruvchi kuchi ishchi va muvozanat chiziqlar o’rtasidagi farq bilan aniqlanadi, ya’ni u=u-um. Butun qurilma uchun o’rtacha harakatga keltiruvchi kuch. Turli temperaturalarda (t1>t2>t3) gazning suyuqlikda erishi. o’rtacha logarifmik qiymat sifatida topiladi. Agar, ishchi chiziq VA vertikal chiziq bilan ustma-ust tushsa, harakatga keltiruvchi kuch eng katta qiymatga ega bo’ladi. Agar, tenglamaga xox= xb qo’yilsa, absorbentning sarfi cheksiz bo’ladi. Boshqa holatda esa, ya’ni ishchi chiziq VA3 muvozanat chizig`i bilan tutashsa, absorbentning sarfi minimal va tutashish nuqtasida harakatga keltiruvchi kuch nolga teng bo’ladi, chunki ub = um . Birinchi holatda absorberning o’lchamlari minimal bo’ladi, chunki absorbentning cheksiz sarfida uo’r maksimal qiymatga egadir. Ikkinchi holatda esa, absorbentning sarfi minimal bo’lganda absorbentning o’lchamlari cheksiz bo’ladi. Massa almashinish, shu jumladan, absorbsiya jarayonida ham muvozanatga erishib bo’lmaydi, chunki har doim (xox < xm). Demak, absorbentning sarfi har doim minimal qiymatdan katta bo’lishi kerak. Absorbentning minimal sarfini quyidagi tenglamadan topish mumkin: Absorbentning optimal sarfi texnik-iqtisodiy hisoblashlar asosida aniqlanadi. 1 kmol gazni yutish uchun zarur sarflar gaz va ekspluatastiya narxi S1, amortizastiya va ta’mirlash uchun sarflar, energiya narxi S2, gazni uzatish va desorbstiya S3 ga ketadigan harajatlar yig`indisiga teng: S  S1  S2  S3 Ma’lumki, S1 kattalik absorbentning solishtirma sarfiga bog`liq emas. Agar, l ortsa, absorberning ishchi balandligi va uning gidravlik qarshiligi kamayadi. Lekin, bunda qurilmaning diametri kattalashadi. Shunday kilib, S2 = f(l) funksiya minimumga ega bo’lishi mumkin. Absorbentning solishtirma sarfi l oshishi bilan gazni uzatish va desorbstiyasiga ketadigan sarflar S3 ko’payadi. yuqorida keltirilgan bog`liqliklar xarakteristikalari tasvirlangan. ¥amma egri chiziqlar ordinatalarini qo’shsak, 1 kmol gazni absorbsiya qilish uchun zarur sarflar yig`indisi egri chizig`ini olamiz. Ushbu egri chiziqning minimumi, absorbent optimal solishtirma sarfiga to’g`ri keladi. Absorstiya jarayonining asosiy tenglamasi absorstiya jarayoni ikki fazali sistemalar-ning massa o’tkazish tenglamasi bilan ifodalanishi mumkin: bu yerda r - gaz aralashmasida tarqalayotgan gazning ishchi parstial bosimi; rm - absorbent ustidagi gazning muvozanat bosimi; Km – massa o’tkazish koeffistienti; M – gaz fazasidan suyuq fazaga o’tgan massa miqdori; rur – jarayonni harakatga keltiruvchi kuchi Absorbentning optimal sarfi texnik-iqtisodiy hisoblashlar asosida aniqlanadi. 1 kmol gazni yutish uchun zarur sarflar gaz va ekspluatastiya narxi S1, amortizastiya va ta’mirlash uchun sarflar, energiya narxi S2, gazni uzatish va desorbstiya S3 ga ketadigan harajatlar yig`indisiga teng: S  S1  S2  S3 Ma’lumki, S1 kattalik absorbentning solishtirma sarfiga bog`liq emas. Agar, l ortsa, absorberning ishchi balandligi va uning gidravlik qarshiligi kamayadi. Lekin, bunda qurilmaning diametri kattalashadi. Shunday kilib, S2 = f(l) funksiya minimumga ega bo’lishi mumkin. Absorbentning solishtirma sarfi l oshishi bilan gazni uzatish va desorbstiyasiga ketadigan sarflar S3 ko’payadi. yuqorida keltirilgan bog`liqliklar xarakteristikalari tasvirlangan. ¥amma egri chiziqlar ordinatalarini qo’shsak, 1 kmol gazni absorbsiya qilish uchun zarur sarflar yig`indisi egri chizig`ini olamiz. Ushbu egri chiziqning minimumi, absorbent optimal solishtirma sarfiga to’g`ri keladi. Absorstiya jarayonining asosiy tenglamasi absorstiya jarayoni ikki fazali sistemalar-ning massa o’tkazish tenglamasi bilan ifodalanishi mumkin: bu yerda r - gaz aralashmasida tarqalayotgan gazning ishchi parstial bosimi; rm - absorbent ustidagi gazning muvozanat bosimi; Km – massa o’tkazish koeffistienti; M – gaz fazasidan suyuq fazaga o’tgan massa miqdori; rur – jarayonni harakatga keltiruvchi kuchi Absorbsiya jarayonida massa almashinish mexanizmi quyidagicha: har bir faza asosiy massa va chegaraviy yupqa qatlamdan iborat bo’ladi. Asosiy massaga yutiluvchi komponent konvektiv diffuziya yo’li bilan o’tadi. Ikkala chegaraviy yupqa qatlamda esa, yutiluvchi komponentning o’tishi molekulyar diffuziya usulida boradi. Shuning uchun, absorbsiya jarayonida massa o’tkazishga bo’lgan qarshilik chegaraviy yupqa qatlamlar yig`indisidan iborat bo’ladi. Suyuq, yupqa qatlamdagi massa o’tkazishga bo’lgan qarshilik 1/u, gazdagi esa - m/x bo’lsa, massa o’tkazish koeffistienti ushbu tenglamadan hisoblanadi. Nazorat savollari. 1. Absorbtiv nima. 2. Desorbstiya nima. 3. absorbsiya jarayonining umumiy tushunchalari. 4. absorbsiya jarayonining fizik asoslari. 5. absorbsiyaning molniy balansi va kinetik qonuniyatlari. 6. absorbsiya jarayonining asosiy tenglamasi. Absorbsiya jarayonida massa almashinish mexanizmi quyidagicha: har bir faza asosiy massa va chegaraviy yupqa qatlamdan iborat bo’ladi. Asosiy massaga yutiluvchi komponent konvektiv diffuziya yo’li bilan o’tadi. Ikkala chegaraviy yupqa qatlamda esa, yutiluvchi komponentning o’tishi molekulyar diffuziya usulida boradi. Shuning uchun, absorbsiya jarayonida massa o’tkazishga bo’lgan qarshilik chegaraviy yupqa qatlamlar yig`indisidan iborat bo’ladi. Suyuq, yupqa qatlamdagi massa o’tkazishga bo’lgan qarshilik 1/u, gazdagi esa - m/x bo’lsa, massa o’tkazish koeffistienti ushbu tenglamadan hisoblanadi. Nazorat savollari. 1. Absorbtiv nima. 2. Desorbstiya nima. 3. absorbsiya jarayonining umumiy tushunchalari. 4. absorbsiya jarayonining fizik asoslari. 5. absorbsiyaning molniy balansi va kinetik qonuniyatlari. 6. absorbsiya jarayonining asosiy tenglamasi.