Визначення коефіциенту масопередачі в процесі абсорбції

Лабораторна робота № 9

Тема Визначення коефіциенту масопередачі в процесі абсорбції

Мета Практичне ознайомлення з роботою абсорбера, а також експериментальне дослідження його гідродинамічних та масообмінних характеристик, зокрема визначення опіру сухої та зрошеної насадки і визначення коефіцієнта масопередачі, стосовно до одиниці поверхні насадки.

Техніка безпеки Дотримуватися загальних правил техніки безпеки при роботі з лабораторними приладами

Прилади та обладнання Лабораторна установка для проведення дослідження визначення коефіциенту масопередачі в процесі абсорбції

Теоритичне обгрунтівання

Абсорбцією називається процес поглинання газів або парів з газових або паро-газових сумішів рідкими поглинателями.

Цей процес є виборчим та оборотним. В промисловості процес абсорбції використовується для поділу вуглекисневонаявних газів та нафтопереробних установках, вилучення з коксового газу аміака та вуглеводів, очищення ввідходячих газів з метою уловки цінних продуктів чи знешкоджування газовикидів і в багатьох інших випадках.

В абсорбціонних процесах беруть участь дві фази – газова і рідка.

Газова фаза складається з непоглинаючого газу-носителя та одного або декільких компонентів.

Рідка фаза уявляє собою розчин абсорбіруючого компоненту в рідкому поглинувачі. При фізичній абсорбції газ-носитель і рідкий поглинувач інертний по відношенню до перехідного компоненту і один по відношенню до другого.

Рівновага в процесі абсорбції визначає стан, який встановлюється при дуже довгому зіткненні фаз і залежить від складу однієї з фаз, температури, тиску і термодинамічних властивостей компоненту і поглинателя.

В системах газ – рідина рівновагу взагалі характеризують законом Генрі:

де р* – парціальний тиск газу над розчином в умовах рівноваги. Па;

– коефіцієнт пропорційності, залежних від температури, властивостей

розчиненого газу і поглинателя, Па;

– відносна масова доля поглинаючого компоненту в поглинателі, кг/кг

Закон Генрі застосовується тільки для розбавлених розчинів.

Середню рухому силу процесу абсорбції знаходять за формулою:

де

7.091605 ЛР 02.24.09.ТЗ

Арк

36

Зм.

Арк.

№ докум.

Підп.

Дата

Матеріальний баланс і кінематична закономірність процесу абсорбції.

Матеріальний баланс абсорбера (рисунок 1)

Рисунок 1 Схема процесу абсорбції

ОС – лінія рівноваги; АВ – робоча лінія

Тоді матеріальний баланс

де G та L – масова трата інертного газу та рідинного поглинувача, кг/с;

– відносна масова доля поглинаючого компонента в газі знизу та зверху

абсорбера, кг/кг інертного газу;

– відносна масова доля поглинаючого компоненту в рідині внизу і вверху

абсорбера, кг/кг поглинувача.

Швидкість масообміну при абсорбції визначається рухомою силою процесу (степені відхилення системи від рівновагового стану).

Рівняння масопередачі

де М – кількість поглинутого компоненту, кг/с;

Ку – коефіцієнт масопередачі, кг компонента /;

Уср – середня рухома сила процесу абсорбції, кг компоненту/ кг інертного газу.

Опис установки

Абсорбер 1(Рисунок 2) діаметром 100 мм та висотою 1700 мм заповнений насадкою із керамічних кілець 15 X 15X2 мм. Висота насадки 1500 мм. Верхній флянець абсорбера з'єднаний з бризговйділителем 2. Усередині бризговідділителя розташовані розподільник рідини та каплевідбійник. Вода, збігає по насадці, проходить опорні грати й накопичується в кільцевім зазорі між газовим патрубком і обічайкою перехідної царги 3, звідки по трубі перебігає в збірник 4.Трата води регулюється вентилем 5 по показнику ротаметра 6. Абсорбііруємий газ (аміак) із балона 7 дроселюєтья редукційним вентилем 8. Трату аміака визначають по ротаметру 9. Аміак в змішувачі 10 змішується з повітрям, просасується через систему вентилятором 11. Трата повітря вимірюється ротаметром 12.

7.091605 ЛР 02.24.09.ТЗ

Арк

37

Зм.

Арк.

№ докум.

Підп.

Дата

Суміш аміаку з повітрям направляють в абсорбер. Трата суміші регулюється краном 13. Кран 14 служить для відбору проб газу, поступаючого в абсорбер і пройшовшого через абсорбер. Для вимірювання опіру насадки встановлений U-образниЙ дифманометр 15. Розріджування в нижній частині абсорбера заміряють вакуумметром 16. Температуру води після абсорбера вимірюють термометром 17. Концентрацію аміаку в газовому потоці заміряють газоаналізатором ТКГ-4Г (датчик 19 і вторичний прибор 21).

Рисунок 2 Схема абсорбційної установки

1-абсорбер; 2-бризговідділювач; 3-перехідна царги; 4-збірник для води; 5- вентиль для подачі води; 6- ротаметр для вимірювання води; 7- балон з аміаком; 8-редуктор; 9-ротаметр витрати аміаку; 10- змішувач; 11- вентилятор; 12-ротаметр витрати повітря; ІЗ-кран для подачі аміачно-повітряної суміші; 14- кран для відбора проб газу на дослід; І5-дифманометр; 16- вакуумметр; 17- термометр; 18- вентиль для спуска поглннувача в каналізацією, 19- датчик-газоаналізатор; 20- ежектор для всмоктування дослідної проби через датчик газоаналізатора; 21- вторичний прибор газоаналізатора.

Хід роботи

При відкритому крані 13 включають вентилятор 11 і по показникам ротаметра 12 встановлюєм найменший з заданих витрат повітря. Записуємо показник дифманометра 15 (гідравлічний опір сухої насадки).

Послідовно проводим такі виміри для усіх заданих витрат повітря. Потім подаємо воду на зрошення колони, по ротаметру 6 установлюєм найменші витрати води (підтримує постійні витрати повітря) і заміряєм гідравлічний опір зрошеної насадки. Після замірювання опіру зрошеної насадки при всіх заданих витратах води в колону подають аміак.Потребуючі витрати аміака встановлюють по ротаметру 9.

7.091605 ЛР 02.24.09.ТЗ

Арк

38

Зм.

Арк.

№ докум.

Підп.

Дата

Через 3-5 хвилин роботи в установленому режимі визначають концентрацію аміаку вгазовому потоці до і після колони за показниками прибору 21.

Під час досліду необхідно слідкувати за тим, щоб поплавок ротаметра на приборі 19 знаходився приблизно на середині шкали.

По закінченні роботи закриваючи вентиль на аміачній лінії через 10 хвилин перестають подавати воду, виключають газоаналізатор і зупиняють вентилятор.

Дослідні дані

Витрата повітря Vпов = 0,18 м3/ч

Витрата води Lводи = 1,18 кг/с

Температура в колоні t = 20 0С

Диаметр апарату D = 0,1 м

Висота насадки Н = 1,5 м

Питома поверхня насадки = 330 м2/м3

Об'эмна доля аміаку ун = 0,18

ун = 0,0018

Обробка дослідних даних

1. Перерахунок об’ємної долі аміаку у відносну масову концентрацію

де і – концентрація аміаку в повітрі знизу та зверху абсорберу,

кг/кг інертного газу.

2 Масова витрата повітря

де – витрата повітря, м3/с

– густина повітря, кг/м3

кг/с

3. З рівняння матеріального балансу визначимо

де L – масова витрата води, кг/с

4. Коефіциент пропорційності , мм рт. ст. якій має розмірність тиску і залежний від температури, властивостей розчиненого газу і поглинача для розчину аміаку в воді

7.091605 ЛР 02.24.09.ТЗ

Арк

39

Зм.

Арк.

№ докум.

Підп.

Дата

де – константа Генрі в мм рт. ст.

Т – температура розчину, К

5 Парціальний тиск аміаку в умовах рівноваги

6 Рівноважний вміст аміаку в газовій суміші

де Мк і Мr – молекулярні масси аміака і повітря

П – атмосферний тиск (760 мм рт. ст)

7 Середня рушійна сила процесу абсорбції визначається за формулою

8 Кількість поглинутого аміаку

де – кількість поглинутого аміаку, кг/с

9 Поверхню насадки розраховуємо за формулою

де D – діаметр абсорберу, м;

Н – висота шару насадки, м;

– питома поверхня насадки, м2/м3

10 Коефіциент масопередачі

Висновок Ознайомились з роботою абсорберу та визначили коєфіциент масопередачі процесу абсорбції віднесеного до одиниці поверхні насадки

7.091605 ЛР 02.24.09.ТЗ

Арк

40

Зм.

Арк.

№ докум.

Підп.

Дата