Φυσικές Διεργασίες Ι Ενότητα 5: Απορρόφηση με πληρωτικό υλικό

Παρουσίαση με θέμα: "Φυσικές Διεργασίες Ι Ενότητα 5: Απορρόφηση με πληρωτικό υλικό"— Μεταγράφημα παρουσίασης:

1 Φυσικές Διεργασίες Ι Ενότητα 5: Απορρόφηση με πληρωτικό υλικό
Χριστάκης Παρασκευά Πολυτεχνική Σχολή Τμήμα Χημικών Μηχανικών

2 Σκοποί ενότητας Η χρήση πληρωτικού υλικού σε πύργους απορρόφησης αυξάνει την επιφάνεια μεταφοράς μάζας, διευκολύνοντας τη διεργασία. Θα παρουσιαστούν οι βασικές εξισώσεις και η μεθοδολογία πού είναι απαραίτητη για το σχεδιασμό τέτοιου είδους διεργασιών.

3 Περιεχόμενα ενότητας Απορρόφηση με πληρωτικά υλικά Πληρωτικά υλικά Παράμετροι σχεδιασμού Μεταφορά μάζας μεταξύ των δύο φάσεων Ολικοί συντελεστές μεταφοράς μάζας Αραιά Μίγματα Αναλυτική λύση (όταν ισχύει ο νόμος του Henry) Πυκνά Μίγματα Απόδοση Στήλης Απορρόφησης

4 Απορρόφηση με πληρωτικά υλικά
Αύξηση επιφάνειας επαφής μεταξύ των δύο φάσεων (αέριας και υγρής) καλύτερη μεταφορά μάζας από την αέρια φάση στην υγρή. Είδη πληρωτικών υλικών - Δακτύλιοι Rashing (απλοί και σταυρωτοί) - Δακτύλιοι Lessing - Δακτύλιοι Pal - Σάγματα Intralox

5 Πληρωτικά υλικά Επιλογή υλικών Αύξηση επιφάνειας επαφής Χαμηλό κόστος
Ανθεκτικότητα στις διαβρώσεις Καλή διαβρεξιμότητα και καλή κατανομή του ρευστού Αποτελούνται από: Πλαστικά, κεραμικά, ανοξείδωτος χάλυβας Τοποθέτηση: Με τυχαίο τρόπο

6 Παράμετροι σχεδιασμού
Σχεδιασμός στηλών απορρόφησης με πληρωτικά υλικά Ειδική επιφάνεια, α, του πληρωτικού υλικού: «η επιφάνεια του πληρωτικού υλικού ανά μονάδα όγκου κλίνης πληρωτικού υλικού. Πορώδες, ε, της πληρωμένης κλίνης: «το κλάσμα κενού χώρου κλίνης, δηλαδή ο όγκος κενού χώρου προς τον ολικό όγκο κλίνης= (όγκος κλίνης- όγκος πληρωτικού υλικού)/ όγκος κλίνης) Διάμετρος πληρωτικού υλικού, d: 15<D/d<20 Φαινόμενη ταχύτητα αερίου, UG: ~1 m/s

7 Παράμετροι σχεδιασμού 2
Ταχύτητα πλημμυρίσης, UG,Π: «η ταχύτητα εκείνη του αερίου που εμποδίζει σχεδόν εντελώς το υγρό να κατέλθει, με αποτέλεσμα την απότομη αύξηση της πτώσης πίεσης της στήλης» Όπου UG,Π: ταχύτητα πλημμύρισης, α: ειδική επιφάνεια, ε: πορώδες, ρG, ρL7: πυκνότητες αερίου και υγρού αντίστοιχα, GM, LM: μαζικές παροχές αερίου και υγρού αντίστοιχα, nL, nW: ιξώδες του υγρού και νερού αντίστοιχα, g: συντελεστής βαρύτητας Συνήθως UG ~ ( ) UG,Π

8 Μεταφορά μάζας μεταξύ των δύο φάσεων
Συστατικό i μεταφέρεται από την αέρια φάση προς την υγρή λόγω διαφοράς συγκέντρωσης μέσω της διεπιφάνειας αερίου- υγρού Ρυθμός μεταφοράς μάζας, Ni (kmol/m2s) Όπου kG, kL «μερικοί συντελεστές μεταφοράς μάζας» και αναφέρονται σε μεταφορά μάζας σε μια μόνο καθαρή φάση. Παραδοχές: Αμελητέα αντίσταση στην διεπιφάνεια Μη- συσσώρευση μάζας σε αυτήν Θερμοδυναμική ισορροπία στην διεπιφάνεια Αντιστάσεις στην μεταφορά μάζας μόνο στους δύο υμένες

9 Ολικοί συντελεστές μεταφοράς μάζας
Όπου kG,ΟΛ, kL,ΟΛ «ολικοί συντελεστές μεταφοράς μάζας» ως προς την αέρια και υγρή φάση, αντίστοιχα. και ye, xe γραμμομοριακά κλάσματα του συστατικού i, στην αέρια και υγρή φάση σε θερμοδυναμική ισορροπία με τις συστάσεις y και x, αντίστοιχα στις δύο φάσεις.

10 Ολικοί συντελεστές μεταφοράς μάζας 2

11 Ολικοί συντελεστές μεταφοράς μάζας 3
Σε περίπτωση που ισχύει ο νόμος του Henry Τότε m1=m2=m=Hi/P και Οι εξισώσεις αυτές συνδέουν τους μερικούς συντελεστές μεταφοράς μάζας με τους ολικούς.

12 Αραιά Μίγματα Οι γραμ/κές ροές αερίου και υγρού σταθερές σε όλο το ύψος της στήλης Η μέση πίεση του αδρανούς αερίου είναι σταθερή και ίση με την ολική πίεση του συστήματος Οι συντελεστές μεταφοράς μάζας είναι σταθεροί σε όλο το ύψος της στήλης Μεταβολές ενθαλπίας αμελητέες

13 Αναλυτική λύση (όταν ισχύει ο νόμος του Henry)

14 Απορρόφηση με πληρωτικά υλικά 2
NOG?

15 Πυκνά Μίγματα Σημαντική μεταβολή στις γραμμομοριακές παροχές υγρού, αερίου Βάση: Παροχή αδρανούς αερίου, G΄ και διαλύτη, L΄. G΄(Υ1-Υ2)=L΄(Χ1-Χ2), Χ,Υ: λόγοι γραμμομοριακών κλασμάτων Διαφορικό Ισοζύγιο Μάζας Ad(Gy)=Ad(Lx)=NAdS και G(1-y)=G΄ και L(1-x)=L΄

16 Πυκνά Μίγματα 2

17 Απορρόφηση με πληρωτικά υλικά 3

18 Απόδοση Στήλης Απορρόφησης
η0=(πραγματικός διαχωρισμός/διαχωρισμός σε στήλη άπειρου ύψους) Όπου y2,e είναι η σύσταση του αερίου που θα ήταν σε ισορροπία με το υγρό σύστασης x2. Αν x2=0 (καθαρός διαλύτης) τότε: Ακόμη: Αν ισχύει ο νόμος του Henry (ye=mx) τότε y1=m x1,max

19 Τέλος Ενότητας

20 Χρηματοδότηση Το παρόν εκπαιδευτικό υλικό έχει αναπτυχθεί στo πλαίσιo του εκπαιδευτικού έργου του διδάσκοντα. Το έργο «Ανοικτά Ακαδημαϊκά Μαθήματα στο Πανεπιστήμιο Αθηνών» έχει χρηματοδοτήσει μόνο την αναδιαμόρφωση του εκπαιδευτικού υλικού. Το έργο υλοποιείται στο πλαίσιο του Επιχειρησιακού Προγράμματος «Εκπαίδευση και Δια Βίου Μάθηση» και συγχρηματοδοτείται από την Ευρωπαϊκή Ένωση (Ευρωπαϊκό Κοινωνικό Ταμείο) και από εθνικούς πόρους.

21 Σημειώματα

22 Σημείωμα Ιστορικού Εκδόσεων Έργου
Το παρόν έργο αποτελεί την έκδοση

23 Σημείωμα Αναφοράς Copyright Πανεπιστήμιο Πατρών. Αναπληρωτής Καθηγητής, Χριστάκης Παρασκευά. «Φυσικές Διεργασίες Ι, Απορρόφηση με πληρωτικό υλικό». Έκδοση: 1.0. Πάτρα Διαθέσιμο από τη δικτυακή διεύθυνση: Όλα τα διαγράμματα είναι κατασκευασμένα από την ομάδα του μαθήματος, εκτός αν αναφέρεται διαφορετικά.

24 Σημείωμα Αδειοδότησης
Το παρόν υλικό διατίθεται με τους όρους της άδειας χρήσης Creative Commons Αναφορά, Μη Εμπορική Χρήση Παρόμοια Διανομή 4.0 [1] ή μεταγενέστερη, Διεθνής Έκδοση. Εξαιρούνται τα αυτοτελή έργα τρίτων π.χ. φωτογραφίες, διαγράμματα κ.λ.π., τα οποία εμπεριέχονται σε αυτό και τα οποία αναφέρονται μαζί με τους όρους χρήσης τους στο «Σημείωμα Χρήσης Έργων Τρίτων». [1] Ως Μη Εμπορική ορίζεται η χρήση: που δεν περιλαμβάνει άμεσο ή έμμεσο οικονομικό όφελος από την χρήση του έργου, για το διανομέα του έργου και αδειοδόχο που δεν περιλαμβάνει οικονομική συναλλαγή ως προϋπόθεση για τη χρήση ή πρόσβαση στο έργο που δεν προσπορίζει στο διανομέα του έργου και αδειοδόχο έμμεσο οικονομικό όφελος (π.χ. διαφημίσεις) από την προβολή του έργου σε διαδικτυακό τόπο Ο δικαιούχος μπορεί να παρέχει στον αδειοδόχο ξεχωριστή άδεια να χρησιμοποιεί το έργο για εμπορική χρήση, εφόσον αυτό του ζητηθεί.