Za revidirano ispitivianje T
b
= 37
0
C, x
max
= 0.033,
L
b
=
5.98
0.033
=
181
mol
T
b
−
25
=
39260
181
x
18
=
12.1
T
b
=
37
0
C
Ovaj postupak daje minimalni protok tečnosti; minimalna količina vode je
L
min
=
181
−
6
=
175
mol H
2
O
Za protok 1.25 veći od minimalnog, L
a
= 1.25 x 175 = 219 mol, i L
b
= 219 + 6 = 225 mol.
Onda je porast temperature tečnosti
T
b
−
25
=
39260
225
x
18
=
9.7
0
C
Tečnost stoga izlazi na 35
0
C sa x
b
= 5.98/225=0.0266 i y
*
≈ 0.044.
Da bismo pojednostavili analize, pretpostavlja se da je temperatura linearna funkcija x,
tako da T ≈ 30
0
C na x = 0.0137. upotrebom podataka datih za 30
0
C i interpolacije za dobijanje
početnog nagiba za 25
0
C i konačne vrednosti y* za 35
0
C, crtana je ravnotežna linija kao što je
prikazano na slici 22.15. operativna linija je crtana kao prava linija, zanemarujući blage promene
tečnosti i gasa. Zbog zavoja ravnotežne linije, N
0y
se računa numeričkom integracijom ili
primenom jednačine 22.19 na delove kolone, što je i postupak koji je ovde upotrebljen.
Višekomponentna apsorpcija.
Kada je više od jednog rastvorka apsorbovano iz gasne
smeše, potrebne su odvojene ravnotežen i operativne linije za svaki rastvorak, ali nagib
operativne linije, koji je L/V, je isti za sve rastvorke. Tipični y-x dijagram za apsorpciju dva
rastvorka je prikazan na slici 22.16. U ovom primeru, B je komponenta gasa sa manjim udelom, i
protok tečnostije odabran da daje 95% uklanjanja A sa umerenom visinom pakovanja. Nagib
operativne linije je oko 1.5 puta veći od nagiba ravnotežen linije za A, i N
0y
≈5.5. operativna
linija za B je paralelna sa onom za A, i sobzirom da ravnotežna linija za B ima nagib veći od
L/V, postoji uklještenje na dnu kolone, i samo mala frakcija B može biti apsorbovana.
Operativna linija za B trba biti crtana da daje korektan broj prenosnih jedinica za B, što je uopšte
isto kao N
Oy
za A. Međutim, u ovom primeru, x
B,b
je praktično isto kao x
b
*, ravnotežna vrednost
za y
B,b
, i frakciono uklanjanje B mogu se računati direktno iz materijalnog balansa:
V
(
y
B , b
−
y
B , a
)
=
L
(
v
B , b
¿
−
x
B , a
)
22.32
Slika 22.16 Ravnotežne i operativne linije za višekomponentnu apsorpciju.
Ako je potrebna skoro potpuna apsorpcija B, operativna linija treba da bude strmija od
ravnotežne linije za B. Zatim, operativna linija treba da bude mnog strmija od ravnotežne linije
za A, i koncentracija A u gasu treba da bude dovedena na veoma malu vrednost. Primeri
višestruke apsorpcije su rekaveri (oporavak) lakih ugljovodoničnih gasova apsorpcijom uteškom
ulju, uklanjanje CO
2
i H
2
S iz prirodnog gasa ili ugljenih gasifikujućih proizvoda apsorpcijom u
metanolu ili alkalnim rastvorima, i vodeno čišćenje radi oporavka organskih proizvoda
parcijalnom oksidacijom. U nekim slučajevima, pristup rastvora koji je primenjen ovde mora se
korigovati zbog promena stepena molarnog protoka ili uticaja jednog rastvorka na ravnotežu
drugih gasova, kao što je prikazano analizama prirodnih gasnih apsorbera.
Desorpcija ili skidanje.
U mnogim slučajevima, rastvorak koji je apsorbovan iz gasne
smeše je desorbovan iz tečnosti radi oporavljanja rastvorka u koncentrovanijem obliku i
regenerisanja sprobujućeg rastvora. Da bi se napravili uslovi povoljniji za desorpciju,
temperatura treba da raste ili ukupni pritisak treba da se smanji ili obe ove promene mogu biti
napravljene. Ako se apsorpcija izvodi pod visokim pritiskom, velike frakcije rastvorka mogu biti
oporavljene ponekad treperenjem prema atmosferskom pritisku. Međutim, za skoro potpuno
uklanjanje rastvorka, potrebno je nekoliko faza, i desorpcija se izvodi u koloni sa protivstrujnim
tokom tečnosti i gasa. Inertni gas ili para se mogu upotrebiti kao medijumi sa skidanje, ali je
oporavak rastvorka lakši ako se koristi para, s obzirom da ona može biti kondenzovana.
Tipične operativne i ravnotežne linije za skidanje pomoću pare su prikazane na slici
22.17. sa x
a
i x
b
specifikovano, postoji minimalni odnos pare i tečnosti koji odgovara operativnoj
liniji koja dodiruje ravnotežnu liniju u nekoj tački. Uklještenje se može javitiu sredini operativne
Primer 22.4
Voda koja sadrži 6 ppm trihloretilena (TCE) treba da se prečisti skidanjem
sa vazduhom na 20
0
C. Proizvod mora sadržati manje od 4.5 ppb TCE za postizanje emisionih
standarda. Odrediti minimalni protok vazduha u standardnim kubnim metrima vazduha po
kubnom metru vode i broj prenosnih jedinica ako je protok vazduha veći 1.5 do 5 puta od
minimalne vrednosti.
Rešenje
Koeficijent Henrijevog zakona za TCE u vodi na 20
0
C je 0.0075 m
3
-atm/mol. Ovo može
biti konvertovano u nagib ravnotežne linije u jedinicama molske frakcije prema sledećem, s
obzirom da P = 1atm i 1 m
3
ima masu 10
6
g:
m
=
0.0075
atm
−
m
3
mol
x
1
1
atm
x
10
6
18
mol H
2
O
m
3
=
417
Sa velikom vrednošću m, desorpcija je kontrolisana tečnom fazom. Pri minimalnom
protoku vazduha, izlazni gas će biti u ravnoteži sa dolezećim rastvorom. Molekulska masa TCE
je 131.4 i
x
a
=
6
x
10
−
6
131.4
molTCE
g H
2
O
x
18
g
mol H
2
O
=
8.22
x
10
−
7
y
a
=
417
(
8.22
x
10
−
7
)
=
3.43
x
10
−
4
Po kubnom metru rastvora, uklonjeni TCE je
V
TCE
=
10
6
[
(
6
x
10
−
6
)
−
(
4.5
x
10
−
9
)
]
131.4
=
4.56
x
10
−
2
Ukupna količina napuštajućeg gasa je
V
=
4.56
x
10
−
2
3.43
x
10
−
4
=
132.9
mol
S obzirom da 1g mol = 0.0224 std m
3
i da je promena protoka gasa veoma mala,
F
min
=
132.9
x
0.0224
=
2.98
std m
3
Gustina vazduha pri standardnim uslovima je 1.295 kg/m
3
, tako da je minimalni protokna
osnovu mase
(
G
y
G
x
)
min
=
2.98
x
1.295
1000
=
3.86
x
10
−
3
(
kg vazduha
)/(
kg vode
)
Ako je protok 1.5 puta veći od minimalne vrednsoti, onda
y
a
=
3.43
x
10
−
4
1.5
=
2.29
x
10
−
4
x
a
¿
=
2.29
x
10
−
4
417
=
5.49
x
10
−
7
C
a
¿
=
5.49
x
10
−
7
x
131.4
18
=
4.01
x
10
−
6
g
g
=
4.01
ppm
C
a
−
C
a
¿
=
∆ C
a
=
6.0
−
4.01
=
1.99
Ma dnu,
C
b
=
0.0045
ppm
C
b
¿
=
0
∆ C
b
=
0.0045
ppm
(
C
−
C
¿
)
L
=
1.99
−
0.0045
ln
(
1.99
0.0045
)
=
0.3259
ppm
Upotrebom koncentracija u delovima po milionu za računanje N
Ox
,
N
Ox
=
∫
dC
C
−
C
¿
=
C
a
−
C
b
(
C
−
C
¿
)
L
=
6
−
0.0045
0.3259
=
18.4
Slični proračuni za druge umnoške protoka daju sledeće vrednosti. Visina pakovanja je
zasnovana na određivanju vrednosti H
Ox
= 3 ft; ovo je nešto veće nego vrednost predstavljena za
1 in plastične Pall prstenove.
Idući od 1.5 do 2 V
min
ili od 2 do 3 V
min
značajno opada visina tornja, i smanjenje u radu
pumpanja vode je veće od potrebne dodatne energije da potisne vazduh kroz kolonu. Dalje
povećanje V ne menja Z mnogo, i optimalni protok vazduha je u opsegu 3 do 5 V
min
. Tipični
protoci na V = 3V
min
mogu biti G
x
=10 000 1b/ft
2
h (49000 kg/m
2
h) i G
y
= 116 1b/ft
2
h (566
kg/m
2
h).
Korelacije prenosa mase
Da bi se predvideo ukupni koeficijent prenosa mase ili visina prenosne jedinice, potrebne
su odvojene korelacije za gasnu i tečnu fazu. Takve korelacije su uopšte zasnovane na
eksperimentalnim podacima za sisteme u kojima jedna faza ima kontrolisanu oitpornost, s
obzirom da je tesko razdvojiti dve otpornosti precizno kada imaju uporedive magnitude.
Otpornost tečne faze se može odrediti iz stepena desorpcije kiseonika ili ugljen dioksida iz vode.
Slika 22.19 Visina prensone jedinice za desorpciju kiseonika iz vode na 25
0
C sa
Rašigovim prstenovima. (u sistemu H
Ox
≈ H
x
)
Otpornost tečnog filma za druge sisteme se može predvideti iz O
2
-H
2
O podataka
ispravljanjem razlika u difuzivnosti i viskozitetu (za referencu, na 25
0
C, D
v
za kiseonik u vodi je
2.41x10
-5
cm
2
/s i N
Sc
je 381):
H
x
=
1
α
(
G
x
μ
)
n
(
μ
ρ d
v
)
0.5
22.35
Gde su α i n empirijske konstante koje su date tabelarno u literaturi za neke starije tipove
pakovanja. Eksponent 0.5 na Schmidt-ovom broju je u ksladu sa teorijom penetracije, za koju se
očekuje da bude primenjena na tečnost koja teče na malim rastojanjima preko delova pakovanja.
Eksponent n varira sa veličinom i tipom pakovanja,, ali 0.3 može biti upotrebljeno kao tipična
vrednost. Jednačina 22.35 se treba upotrebiti sa oprezom kod tečnosti koje nisu voda, s obzirom
da uticaj gustine, površinskog napona i viskoziteta nije izvestan.
Kada je para apsorbovana u rastvaraču velike molekulske mase, molarni protok tečnosti
će biti mnogo manji nego kada je voda upotrebljena na istoj brzini mase. Međutim, koeficijent
k
x
a, koji je zasnovan na molskoj sili pogonske frakcije, takođe inverzno varira sa
srednjommolekulskom masom tečnosti, i nema mrežnog efekta M na H
x
.
k
x
a
=
k
L
a
ρ
x
M
22.36
