Насадочная колонна (1093779)

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла

ИЗУЧЕНИЕ ГИДРОМЕХАНИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК НАСАДОЧНОЙ

КОЛОННЫ

1. ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ

Для проведения процессов абсорбции и ректификации ис­пользуют насадочные колонны, которые представляют собой вертикальный цилиндрический аппарат, заполненный насадочными телами - насадкой.

Наибольшее распространение получила керамическая насад­ка в форме колец различного размера. Такую насадку называют кольцевой. Высота слоя насадки определяет рабочую высоту насадочной колонны.

В лаборатории представлена колонна с прозрачными стен­ками, в которую беспорядочно засыпана кольцевая насадка (кольца Рашига). Насадка в колонне лежит на поддерживающей решетке, которая служит опорой для насадки и имеет большое живое сечение для прохода газа и жидкости. Сверху насадка орошается жидкостью, которая равномерно распределяется по сечению колонны распределительным устройством и движется вниз по поверхности насадки. Газ подается снизу под решетку и движется вверх. Таким образом, контакт газа и жидкости про­исходит в противотоке.

Контакт газа и жидкости в насадочной колонне, во время ко­торого проистекает обмен веществом и теплом между фазами, происходит в основном, на смоченной поверхности насадки. Поверхность контакта фаз в насадочной колонне, через кото­рую осуществляется массопередача, называют "активной по­верхностью насадки". Она может быть как меньше, так и боль­ше геометрической поверхности насадки и величина ее зависит от расходов газа и жидкости. При малом расходе жидкости ее может не хватить для смачивания всей поверхности насадки, поэтому расход жидкости ("величина орошения") должен обес­печивать полную смачиваемость всей поверхности насадки. При небольших расходах газа и жидкости трение между ними незначительно и количество удерживаемой жидкости не зави­сит от скорости газа. Контакт газа и жидкости происходит только на поверхности пленки жидкости, стекающей по насад­ке. Это, так называемый, пленочный режим.

С увеличением скорости газа возрастает трение между газом и жидкостью и, вследствие этого, происходит торможение жид­кости: скорость стекания уменьшается, а толщина пленки жид­кости увеличивается. Возрастание количества жидкости в слое насадки ведет к уменьшению сечения для прохода газа, срыву пленки жидкости и возникновению явления барботажа. Это приводит к увеличению поверхности контакта фаз, которая ста­новится больше геометрической поверхности насадки. Такой режим работы называют режимом подвисания.

Дальнейшее увеличение скорости газа приводит к возраста­нию количества жидкости в насадке до того момента, когда си­ла трения газа о жидкость уравновесит силу тяжести жидкости, находящейся в слое насадки. Этот момент характеризуется полным затоплением насадки и называется "точкой захлебыва­ния". Работа промышленных насадочных колонн в точке захле­бывания сопровождается значительными колебаниями гидрав­лического сопротивления вследствие неустойчивости течения газа и жидкости. Таким образом, скорость газа в точке захлебы­вания является предельной скоростью и, следовательно, рабо­чая скорость газа в насадочных колоннах должна быть меньше скорости в точке захлебывания.

Важным показателем работы насадочной колонны является гидравлическое сопротивление, которое определяет энергети­ческие затраты на перемещение газа через аппарат и характери­зует состояние насадки в колонне, от которого зависит течение процесса массообмена.

2. ЭЛЕМЕНТЫ ТЕОРИИ

Характеристики насадки. Насадка любого типа характери­зуется:

1) удельной поверхностью насадки а, представляющей собой полную геометрическую поверхность насадочных тел в едини­це объема насадки;

2) свободным удельным объемом насадки ε, являющимся долей пустот в ней.

Величины а и ε позволяют определить эквивалентный диа­метр каналов в слое насадки

d_э = 4ε/a (1)

который называют эквивалентным диаметром насадки.

Скорость газа. При исследовании течения газа через насад­ку используют скорость газа, отнесенную к полному сечению колонны:

w_k = Q_г/S_k (2)

где Qг - секундный объемный расход газа, м³ /с;

S_k - площадь поперечного сечения колонны, м ².

Эту скорость называют "скоростью газа в колонне". Кроме того, применяют скорость газа в каналах насадки, определяе­мую как

w = w_k/ε (3)

Эта скорость газа является истинной или действительной скоростью газа в насадке.

Гидравлическое сопротивление ΔР_с сухой (не орошаемой жидкостью) насадки газовому потоку находят по уравнению

ΔP_c = ξHρ_гw²/(d_э2) (4)

где ξ - коэффициент гидравлического сопротивления насадки;

Н- высота слоя насадки, м;

ρ_г - плотность газа, кг/м.

Коэффициент гидравлического сопротивления для кольце­вых беспорядочных насадок при Re>40 вычисляют по уравне­нию

ξ = 16/Re^0.2 (5)

Re - критерий Рейнольдса

Re = wd_э ρ_г/μ_г (6)

где μ_г - динамический коэффициент вязкости газа, Па с.

Гидравлическое сопротивление орошаемой насадки при од­ной и той же скорости газа больше сопротивления сухой вслед­ствие уменьшения свободного объема насадки при орошении. Для определения гидравлического сопротивления орошаемой насадки ΔP_ор используют уравнение

(7)

где L, G - массовые расходы жидкости и газа, кг/с;

ρ_ж, ρ_г - плотности жидкости и газа, кг/м³;

μ_ж, μ_г динамические коэффициенты вязкости жидкости и газа, Пас.

Скорость захлебывания насадочной колонны (с кольцами, засыпанными навалом) может быть определена по формуле

(8)

где μˉˉ = μ_Ж /μ_В - отношение вязкости жидкости к вязкости воды;

w_з - действительная скорость газа в точке захлебыва­ния.

Для расчета скорости захлебывания по предложенному урав­нению следует выразить массовый часовой расход газа G через скорость захлебывания и решить трансцендентное уравнение (8) относительно скорости захлебывания.

3. ЦЕЛЬ ЛАБОРАТОРНОЙ РАБОТЫ

Целью настоящей работы является ознакомление с устрой­ством и работой насадочной колонны; определение экспери­ментальным и расчетным путем зависимости гидравлического сопротивления слоя насадки от скорости газа в колонне для су­хой и орошаемой насадки; определение экспериментальным и расчетным путем скорости газа, при которой колонна захлебы­вается.

Рис. 1. Схема лабораторной установки

4. ОПИСАНИЕ УСТАНОВКИ

Установка (рис. 1) состоит из насадочной колонны 1 с на­садкой из керамических колец Рашига, воздуходувки 2 (нахо­дится вне помещения), измерителя расхода воздуха 3 (диафрагменного типа), расходомера для жидкости 4 (ротаметр), систе­мы воздушных вентилей а и б, дифференциальных манометров 5а и 56 (с электрическим выходом) и обслуживающей ЭВМ с дисплеем 6. Воздух через брызгоуловитель 7 удаляется в атмо­сферу.

Воздух воздуходувкой 2 через измеритель расхода 3 подает­ся в колонну 1. Вентилем а регулируют подачу воздуха. При испытании неорошаемой колонны вода не поступает; при об­следовании орошаемой колонны через ротаметр 4 подается оп­ределенный расход воды. Дифференциальные манометры 5а и 56 замеряют соответственно перепад давления в колонне и рас­ход подаваемого воздуха. В ЭВМ эта информация преобразует­ся и выдается в цифровом и графическом виде зависимости гидравлического сопротивления неорошаемой насадки от ско­рости воздуха в колонне.

Диаметр колонны - 300 мм, высота слоя насадки - 800 мм, размеры колец - 15х15х2мм, удельная поверхность насадки а = 330 м²/м³, удельный свободный объем насадки ε = 0,6 м³/м³.

5.ПОРЯДОК ПРОВЕДЕНИЯ РАБОТЫ

Экспериментальная часть работы состоит из двух серий опытов:

1) гидравлические испытания сухой неорошаемой насадки;

2) гидравлические испытания орошаемой насадки.

Гидравлические испытания сухой насадки

Измерения гидравлического сопротивления слоя насадки проводят при различных расходах воздуха (по указанию препо­давателя от 10 до 12 измерений).

Гидравлические испытания орошаемой насадки

Включают воздуходувку, устанавливают заданный препода­вателем расход воды и при расходах воздуха (зафиксированных при испытании сухой насадки) производят замеры гидравличе­ского сопротивления орошаемого слоя насадки.

Расход воздуха устанавливается вентилем 4 по показаниям цифрового прибора на стенде. Расход воды - по уровню по­плавка ротаметра 6 (рекомендуемый диапазон показаний рота­метра 70-100 делений). Численное значение расхода воды опре­деляют по тарировочным графикам.

В процессе испытания орошаемой насадки визуально фик­сируют момент захлебывания насадки (появления слоя жидко­сти над насадкой) и скорость воздуха, подаваемого в колонну.

Все результаты записывают в лабораторный журнал и оформляют в виде таблицы.

Таблица результатов эксперимента

Сухая колонна		Орошаемая колонна
Скорость воз­духа W, м/с	Перепад дав­ления Р, Па	Скорость воз­духа W, м/с	Перепад дав­ления Р, Па

6. ОБРАБОТКА РЕЗУЛЬТАТОВ ЭКСПЕРИМЕНТА

Обработку результатов эксперимента проводят в следующей последовательности:

1) по экспериментальным значениям скорости воздуха в колонне и гидравлического сопротивления сухой насадки стро­ят график зависимости ΔP_c от w_k;

2) по экспериментальным значениям скорости воздуха для определенного расхода жидкости строят график зависимо­сти ΔP_ор от w_k;

3) рассчитывают сопротивления сухой и орошаемой на­садки;

4) определяют скорость захлебывания, значение кото­рой следует сравнить с экспериментально найденной величи­ной.

7. СОДЕРЖАНИЕ ОТЧЕТА

Отчет о лабораторной работе должен содержать:

1) схему экспериментальной установки;

2) таблицу экспериментальных данных;

3) перечень расчетных уравнений и формул;

Характеристики

Тип файла документ

Документы такого типа открываются такими программами, как Microsoft Office Word на компьютерах Windows, Apple Pages на компьютерах Mac, Open Office - бесплатная альтернатива на различных платформах, в том числе Linux. Наиболее простым и современным решением будут Google документы, так как открываются онлайн без скачивания прямо в браузере на любой платформе. Существуют российские качественные аналоги, например от Яндекса.

Будьте внимательны на мобильных устройствах, так как там используются упрощённый функционал даже в официальном приложении от Microsoft, поэтому для просмотра скачивайте PDF-версию. А если нужно редактировать файл, то используйте оригинальный файл.

Файлы такого типа обычно разбиты на страницы, а текст может быть форматированным (жирный, курсив, выбор шрифта, таблицы и т.п.), а также в него можно добавлять изображения. Формат идеально подходит для рефератов, докладов и РПЗ курсовых проектов, которые необходимо распечатать. Кстати перед печатью также сохраняйте файл в PDF, так как принтер может начудить со шрифтами.

Список файлов лабораторной работы