základy procesního inženýrství - Vysoká škola báňská - Technická ...

5. sdílení hmoty mezi fázemi
V takovémto protiproudém systému si proudy B a C vlastnost A „vymění“.
Pokud je k m C ≠ m B , přiblíží se i v mnohastupňové protiproudé kaskádě výstupní A rovnováze
s vstupním proudem lépe na té straně, kterou vstupuje významnější nosný proud.
Pokud je k m C > m B , převažuje proud C a složení Y i se v sérii stupňů příliš nemění. V takových případech jsou
výsledky protiproudého nebo souproudého vedení proudů nepříliš odlišné. Pak se také dá dominantní
proud rozdělovat do jednotlivých členů kaskády a styk označujeme jako křížový.
Soustavy kapalina- plyn (pára)
Uvádění kapaliny do styku s plynem parami nebo s další nemísitelnou kapalinou je jednou z
nejběžnějších součástí procesních technologií. Tekutiny vzájemně kontaktujeme s různými cíli:
- rozpouštění plynu nebo některé z jeho složek do kapaliny (sycení kapalin, absorpce),
- odjímání některé složky kapaliny do plynu (desorpce, stripování, sycení plynu),
- přenos složky z jedné kapalné fáze do druhé (kapalinová extrakce),
- ohřev kapaliny přímou parou,
- chlazení kapaliny odpařováním do proudu plynu,
- výměna tepla mezi nemísitelnými kapalinami,
- přenos tepla mezi parou a kapalinou s kondenzací méně těkavých a odpařováním těkavějších složek
(destilace),
- reaktory pro reakce kapaliny s plynem,
- reaktory pro reakce mezi nemísitelnými kapalinami.
Ve všech případech je prospěšné:
- vytvořit dostatečně velkou mezifázovou plochu,
- ponechat dostatečně dlouho obě fáze v kontaktu,
- nakonec obě fáze opět rozdělit,
- případně tento cyklus vícekrát opakovat.
Vedení těchto procesů a užívané aparáty značně závisí na poměru objemů kontaktovaných tekutin.
Mnoho z uvedených procesů je výhodné provozovat protiproudně a poměr fází je dán příslušnou
technologií a nelze jej zásadně měnit. Jinak je možno některý proud zvětšit recyklováním, což je
snazší v případě kapaliny.
Pro kontaktování plyn - kapalina v zásadě existují následující uspořádání:
- probublávaná vrstva kapaliny,
- kapalina dispergovaná do plynu,
- kapalina stékající po stěnách vedle proudícího plynu.
Pro nemísitelné kapaliny jde o podobné soustavy: dispergovaná může být jedna či druhá fáze, méně
běžně jsou obě fáze spojité.
Probublávaná vrstva kapaliny
Probublávání kapaliny připadá v úvahu většinou tam, kde kontaktujeme velký objem kapaliny
s menšími objemy plynu. Kapalina v nádobě může být vsádka, nebo může nádobou protékat. Plyn se
zavádí ke dnu nádoby trubicí nebo rozdělovačem, což může být např. děrovaná trubka nebo pórézní
těleso.
Do vsádky roztavené oceli se zavádí kyslík shora chlazenou trubicí nebo zespoda děrovaným dnem,
menší množství argonu se přivádí pórézní cihlou.
Při pomalém přivádění plynu stoupá plyn vzhůru přímočaře v jednotlivých bublinách, při zvýšeném
přívodu plynu dochází k nestabilitám: bubliny se shlukují do větších pulsujících skupin a spojují se,
při velmi vysoké rychlosti proudění se střídavě vytvářejí v kapalině krátery, kterými plyn proráží. Pro
charakterizaci pohybu plynu v kapalině se používá mimovrstvová rychlost (superficial velocity)
u 0 = V´/ S 0 /(m/s), což je objemový průtok plynu dělený volným průřezem aparátu (bez kapaliny).
112