книги / Процессы и аппараты химической технологии. Процессы и аппараты химической технологии. Ч. 2

Для условий лабораторной работы (абсорбция хорошо растворимого газа) справедливы уравнения (1.17), а коэффициент массоотдачи в газовой фазе может быть рассчитан из критериального уравнения:

при следующих размерностях величин, входящих в критерий Нуссельта: d – м; D – м2/ч; – г/(ч м2 мм рт. cт.).

Описание лабораторной установки и ее работы

Внешний вид лабораторной установки показан на рис. 1.1, а ее схема представлена на рис. 1.2.

Рис. 1.1. Абсорбционная установка

11

Вода поступает из сети. Расход воды регулируется вентилем 1 и измеряется ротаметром 2 марки РС-3а; температура воды измеряется термометром 4.

Концентрация аммиака в аммиачно-воздушной смеси определяется по поглощенному серной кислотой количеству аммиака, пропускаемого через дрексели 9 и 11.

Дрексель 9 служит для замеров концентрации аммиака

ваммиачно-воздушной смеси на входе в абсорбционную трубку

внижней ее части; дрексель 11 – для замеров концентрации аммиака в аммиачно-воздушной смеси на выходе из абсорбционной трубки вверху.

Замер количества вытекшей при этом из аспиратора 12 воды осуществляется мерным цилиндром 14.

Методика проведения опытов

Приступить к работе можно только после ознакомления с установкой. Пуск установки производится с разрешения преподавателя в следующем порядке:

1.Открыть запорный вентиль для подачи воды из водопроводной линии.

2.Регулирующим вентилем 1 установить по ротаметру 2 заданный преподавателем расход воды (градуировочный график для ротаметра прилагается к лабораторной установке).

Вода должна равномерно омывать всю внутреннюю поверхность абсорбционной трубки.

3.Открыть запорный вентиль на воздушной линии.

4.Регулирующим вентилем 6 установить по ротаметру 5 заданный преподавателем расход аммиачно-воздушной смеси (градуировочный график для ротаметра прилагается к лабораторной установке).

5.В дрексель 9 залить 10 мл, в дрексель 11 залить 2 мл 0,1 н раствора серной кислоты, прибавить несколько капель метилоранжа и долить до отметки дистиллированной водой.

6.Наполнить водой аспиратор 12.

13

7. Через 10…15 мин после пуска установки замерить концентрацию аммиака в аммиачно-воздушной смеси на входе в абсорбционную трубку; для этого сделать следующее:

а)поставитьтрехходовойкран8 вположениеА(см.рис.1.2); б) при закрытом вентиле 8 проверить аспиратор на герметичность, открыв кран 10; после того как вода перестанет выли-

ваться из аспиратора, слить воду из мерного цилиндра 14; в) открыть вентиль 7 и с небольшой скоростью пропускать

через дрексель 9 аммиачно-воздушную смесь до обесцвечивания (или появления желтого цвета);

г) закрыть кран 10 и вентиль 7; замерить количество вытекшей из аспиратора воды.

8.Замерить в той же последовательности концентрацию аммиака в аммиачно-воздушной смеси на выходе из абсорбционной трубки, поставив трехходовой кран 8 в положение Б (см. рис. 1.2).

9.После окончания работы закрыть регулирующие и запорные вентили.

Все измеренные величины занести в табл. 1.1.

14

Обработка опытных данных

1. Расчет опытного коэффициента массопередачи

1.1. Определить объемы аммиака, который вступил в реакцию с кислотой, для условий входа (VNHн 3 ) и выхода (VNHк 3 ) газа, мл:

где g9, g11 – количество 0,1 н. кислоты, налитой в соответствующий дрексель (см. рис. 1.2), мл.

1.2.Найти мольную долю аммиака в газе на входе yн

ина выходе yк из абсорбционной трубки:

где VNHн 3 , VNHк 3 – объем аммиака, прореагировавшего с кислотой,

для условий входа и выхода газа, мл; Vвн, Vвк – объем вытекшей из аспиратора воды для условий входа и выхода газа, мл.

1.3.По уравнению (1.1) произвести перерасчет мольных концентрацийyн иyк вобъемныемассовыеконцентрации Cyн и Cyк ,г/л.

1.4.Из материального баланса (1.11) найти количество абсорбированного водой аммиака M (г/ч), допуская, что в процессе абсорбции объемные расходы аммиачно-воздушной смеси и воды практически не изменяются.

1.5.Рассчитать среднюю движущую силу абсорбции рср ,

мм рт. ст., в следующем порядке:

а) по закону Дальтона (1.7) вычислить парциальное давление аммиака в газе на входе и выходе из абсорбционной трубки рн и рк (общее давление Р по барометру принимается равным

760 мм рт. ст.);

15

б) по уравнению (1.12) определить конечную объемную массовую концентрацию аммиака в жидкости Cхк, г/л. При этом начальная концентрация аммиака в жидкости Cхн 0 г/л;

в) по закону Генри (1.3) найти равновесную упругость аммиака над раствором рн* и рк* (значения констант Генри при-

ведены в табл. 1.2); г) по уравнению (1.13) рассчитать движущую силу на вхо-

де и выходе из абсорбционной трубки и среднюю движущую силу процесса, мм рт. ст.

1.6.По уравнению (1.14) определить поверхность контак-

та фаз, м2.

1.7.По уравнению (1.9) вычислить опытный коэффициент

массопередачи kоп, г/(ч м2 мм рт. cт.).

Таблица 1.2

Значения константы Генри при абсорбции аммиака водой для концентрации раствора менее 10 г/л

2. Расчеттеоретическогокоэффициента массопередачи

2.1. Рассчитать скорость газа в абсорбционной трубке по уравнению расхода, м/с:

16

При этом значение объемного расхода аммиачно-воздуш- ной смеси Vсм необходимо перевести в м3/с.

2.2. Определить критерий Рейнольдса: Re w d ; кине-

матическая вязкость аммиачно-воздушной смеси принимается равной 1,4 10–5 м2/с.

2.3. Вычислить диффузионный критерий Прандтля: Prд / D. Коэффициент молекулярной диффузии аммиака

ввоздухе принимается равным 0,198 10–4 м2/с.

2.4.По критериальному уравнению (1.19) рассчитать диффузионный критерий Нуссельта.

эффициент массоотдачи в газовой фазе, который при абсорбции аммиака водой равен теоретическому коэффициенту массопере-

дачи kтеор (при этом коэффициент молекулярной диффузии переводится в единицы измерения м2/ч).

3. Построение рабочей линии процесса абсорбции

3.1. Вычислить коэффициенты А и В для общего уравнения рабочей линии:

Общее уравнение рабочей линии для противоточной схемы массообменного аппарата имеет вид:

3.2. По уравнению (1.25) и определенным коэффициентам А и В построить график рабочей линии, соответствующий

17

условиям протекания процесса абсорбции в лабораторной работе.

3.3. На графике рабочей линии отметить две точки с координатами (Сxн ; Сyк) и (Сxк ; Сyн ), соответствующие распределе-

нию концентраций аммиака по фазам в верхней и нижней частях абсорбционной трубки.

4. Определение коэффициента массоотдачи на основе числа единиц переноса

4.1. На основе ранее заданных значений E и P произвести вывод уравнения линии равновесия для условий проведения работы:

где С*y – равновесная объемная массовая концентрация компонента в газе г/л.

4.2. Задать произвольные значения Сх Схк; Схн . Минимальное рекомендуемое количество задаваемых значений 10.

4.3. Для заданных значений Сx Сxк ; Сxн произвести определение рабочих Сy и равновесных С*y концентраций по уравнениям (1.25) и (1.26).

4.4. Найденные равновесные С*y и рабочие Сy концентрации пересчитать на мольные концентрации y* и y по уравнениям:

где Мсм.ср – средняя молекулярная масса смеси газов для условий

газовой смеси для условий ее входа и выхода, ср н 2 к .

18

на рис. 1.3). На полученном графике следует отметить точки, соответствующие концентрациям yн и yк.

всреде Mathcad

4.7.Число единиц переноса n0y для газовой фазы опреде-

лить по следующему выражению при интегрировании функции в пределах yк ; yн :

4.8. Рассчитать среднюю движущую силу массообменного процесса, выраженную через мольную долю, по уравнению:

19

4.9. Определить на основе закона Дальтона среднюю движущую силу абсорбции, выраженную через парциальное давление:

Составление отчета

Отчет по лабораторной работе должен включать в себя:

–схему абсорбционной установки;

–расчеты определяемых величин;

–таблицы с опытными и расчетными данными;

–анализ полученных результатов с определением процента расхождения результатов расчетов опытного, теоретического коэффициента массопередачи и коэффициента, рассчитанного на основе числа единиц переноса.

20