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

Текст из файла (страница 4)

Регулировочными вентилями по ротаметрам Р установить заданные преподавателем расходы экстрагента и исходной смеси в экстрактор и поддерживать их постоянными в течение всего опыта.

После заполнения полностью колонны и установления четкой линии раздела фаз (в середине второй или третьей секции) приступить к отбору проб через пробники П. После отбора проб изменить расход экстрагента и через 5-10 минут отобрать еще раз пробы через пробники П.

После окончания отбора проб прекратить подачу исходной смеси, закрыть вентиль на линии слива экстракта из колонны и продолжать подачу воды в колонну. Поверхность раздела фаз при этом будет подниматься, и когда она достигнет верха колонны, т.е. весь керосин сольется из экстрактора, необходимо быстро открыть вентиль на линии слива экстракта и прекратить подачу экстрагента.

3 Обработка опытных данных

Содержание бензойной кислоты определяем титрованием отобранных проб 0.1 N раствором NаОН в присутствии индикатора - фенолфталеина.

Нормальность раствора бензойной кислоты определяется по зависимости

Для титрования берется 20-25 мл исследуемой жидкости. Содержание бензойной кислоты в исследуемой жидкости определяется (кг/м³), где Эк – эквивалент кислоты равный 122.

Затем необходимо пересчитать объемную массовую концентрацию в относительные массовые доли по формулам

,

Можно принять при рабочих концентрациях ρ₁ - плотность керосина, ρ₂ - плотность воды, кг/м³.

Построить на диаграмме Х – У равновесную и рабочие линии, соответствующие разным соотношениям . Определить массовый расход первичного растворителя (керосина) . Определить массовый расход экстрагента (вода) , где V_B, V_K, ρ_2, ρ_{1 –} объемный расход и плотность воды и керосина. Полученные данные занести в таблицу 2.

Убедится, что при увеличении движущей силы процесса, увеличивается количество переданного из фазы в фазу вещества М, которое определяется из уравнения материального баланса. Сравнить конечные концентрации продуктов и сделать вывод о ходе процесса экстракции, определить степень извлечения бензойной кислоты в обоих

случаях по формуле:

Таблица 2

Опытные и рассчитанные данные

Параметр	Значения				Среднее значение
Расход исходной смеси, кг/с
Расход экстрагента, кг/с
Относительная массовая концентрация бензойной кислоты в керосине
Относительная массовая концентрация бензойной кислоты в воде
Средняя движущая сила процесса
Количество переданного из фазы в фазу вещества М
Степень извлечения бензойной кислоты

Лабораторная работа

АБСОРБЦИЯ

Цель работы: практическое ознакомление с работой тарельчатого абсорбера, экспериментальное определение коэффициента массопередачи и сравнение его с рассчитанным теоретически.

Приборы и принадлежности: абсорбционная установка, бюретка для титрования; 0.1 N раствор соляной кислоты; индикатор-фенолфталеин; конические колбы.

Введение

Абсорбцией называют процесс избирательного поглощения газа из смеси газов (или пара из парогазовой смеси) жидким поглотителем. В абсорбционных процессах участвуют две фазы – газовая и жидкая. При абсорбции происходит переход вещества из газовой фазы в жидкую, обратный процесс называется десорбцией, при этом происходит переход вещества из жидкой фазы в газовую. Все процессы массопередачи обратимы, т.е. в зависимости от условий, направление перехода распределяемого вещества может быть различным. Равновесие в процессах абсорбции определяет состояние, которое устанавливается при продолжительном соприкосновении фаз и зависит от состава одной из фаз, температуры, давления и термодинамических свойств компонента и поглотителя [1,2].

Для каждой конкретной системы газ-жидкость при определенной температуре и давлении существует строго определенная зависимость между равновесными концентрациями, т.е. каждому значению Х соответствует строго определенное равновесное значение У^* и эту связь можно представить в виде функции

В общем случае эта зависимость находится опытным путем. Для большего числа систем имеются данные в справочной литературе. Для разбавленных растворов хорошо растворимых газов равновесная зависимость хорошо описывается законом Генри, который имеет вид , где - константа фазового равновесия, величина которой зависит от природы газа и жидкости и единиц, в которых выражены концентрации.

ОС – линия равновесия ; АВ – рабочая линия - прямая,проходящая через точки (Y_H, X_K) и (Y_K, X_H)

Рисунок 1 - Схема процесса абсорбции

Примем расходы фаз по высоте аппарата постоянными и выразим содержание поглощаемого газа в относительных мольных концентрациях. Обозначим: G – расход инертного газа, кмоль/с; Y_H ,Y_K -начальная и конечная концентрации компонента в газовой смеси, кмоль/кмоль инертного газа; L – расход абсорбента, кмоль/сек; его концентрации X_H и X_K, кмоль/кмоль абсорбента.

Уравнение материального баланса абсорбера имеет вид

.

Выделим любое сечение в аппарате (рисунок 1), например, 1-1, в котором имеются рабочие концентрации X и Y. Напишем материальный баланс для верхней части аппарата по распределяемому компоненту

Если исходный абсорбент не содержит распределяемый компонент (X_H = 0), то

.

Полученная зависимость называется уравнением рабочей линии.

Это уравнение позволяет нам определить значение рабочей концентрации в любой точке аппарата. Так как G, L – величины постоянные для каждого конкретного случая, то это уравнение прямой линии и для ее построения необходимо всего две точки. Можно взять вверху колонны B (X_H, Y_K) и внизу колонны A (X_K, Y_H).

Разность между рабочей и равновесной концентрациями вещества в данной фазе называется движущей силой массопередачи ΔY=Y – Y^*. Она непрерывно меняется по высоте аппарата. В частном случае, когда линия равновесия является прямой, определяется как средняя логарифмическая величина из движущих сил массопередачи у концов аппарата

,

где ΔУ_б , ΔУ_м – большая и меньшая разность рабочих и равновесных концентраций на концах аппарата .

Основное уравнение массопередачи для процесса абсорбции

где М – количество компонента, передаваемое через поверхность контакта фаз, кмоль/с;

- поверхность контакта фаз, м².

Так как поверхность контакта газа и жидкости зависит от скорости потока, физических свойств фаз и типа аппарата, то обычно расчеты тарельчатых абсорберов проводят по модифицированному уравнению массопередачи, в котором коэффициенты массопередачи относят к единице рабочей площади тарелки

,

где - коэффициент массопередачи, отнесенный к единице площади тарелки, моль/м²(кмоль/кмоль)с;

F- суммарная рабочая площадь тарелок в абсорбере, м²;

,

где - рабочая площадь тарелке, м²;

n - число тарелок в абсорбере.

Рабочая площадь провальной тарелки может быть принята равной сечению абсорбера. Зная М – количество поглащенного аммиака (в кмоль/с), и рассчитав F и можно определить коэффициент массопередачи

.

Коэффициенты массопередачи определяют по уравнениям аддитивности фазовых диффузионных сопротивлений

где β_yf. β_xf – коэффициенты массоотдачи, отнесённые к единице рабочей площади тарелки, соответственно в газовой и жидкой фазах, кмоль/м² (кмоль/кмлоь)с.

При абсорбции хорошо растворимых газов << , и в этом случае величиной m/β_y можно пренебречь, т.е. . Поэтому при абсорбции аммиака водой можно приравнять общий коэффициент массопередачи частному коэффициенту массоотдачи в газовой фазе.

2. Требования безопасности

К работе на установке допускаются студенты, прошедшие в начале семестра инструктаж по технике безопасности в лаборатории
Б-011 и расписавшиеся в журнале инструктажей. Студенты обязаны перед началом работы надеть спецодежду и убрать волосы под косынку. Начинать работу можно только в присутствии учебного мастера и преподавателя, и только с их разрешения. Перед началом работы студенты должны отчитаться перед преподавателем о своей подготовке к работе.

При появлении запаха аммиака во время работы немедленно прекратить его подачу, перекрыв вентиль расхода, а расход воды в абсорбер увеличить до полного удаления запаха. В случае попадания раствора аммиака на кожу или в глаза немедленно обильное промывание широко раскрытого глаза водой или 0.5-1% раствором квасцов, наложить вазелиновое или оливковое масло. Необходимо помнить, что высокая концентрация аммиака в воздухе вызывает обильное слезотечение, боль в глазах, удушье, сильные приступы кашля, ПДК аммиака в воздухе – 20 мг/м³ . При отравлении аммиаком через дыхательные пути необходимо вынести человека на воздух, вдыхание теплых водяных паров, пить теплое молоко с содой. По окончании занятия каждый студент обязан проверить и привести в порядок рабочее место.

1. Описание установки и порядок выполнения работы

Абсорбер представляет собой колонну 1 с внутренним диаметром 0,2м, высотой 1,68м, выполненную из органического стекла (рисунок 2). В колонне установлены 4 тарелки провального типа с отверстиями 3,5мм, долей свободного сечения 20%. В верхней части колонны имеется брызгоотделитель, внутри которого размещены распределитель жидкости и каплеотборник, уменьшающий унос жидкости уходящими газами. Колонна установлена на сборнике 2 диаметром 0.44 и высотой 0.7м. Установка снабжена баллоном с аммиаком 5, системой трубопроводов, арматурой и КИП.

Абсорбент (вода) подается в верхнюю часть колонны 1. Расход воды регулируется вентилями по показаниям ротаметра 10. Воздух к установке подается от компрессора, расположенного в лаборатории Б-03, через коллектор 7. Скорость воздуха замеряется с помощью диафрагмы 8 и соединенного с ней дифманометра 9. Аммиак из баллона 5 дросселируется редукционным вентилем, расход NH₃ определяется ротаметром 11. Аммиак поступает в коллектор 7, а затем в смеситель 6; куда подается и воздух, а затем аммиачно-воздушная смесь подается вниз абсорбера 1. Смесь движется снизу вверх, а сверху вниз по тарелкам стекает вода. На тарелках образуется газо-жидкостный слой. Вода поглощает абсорбтив (аммиак) и поступает в сборник 2. Воздух, содержащий газ, выбрасывается в атмосферу. В нижней части абсорбера находится пробоотборник для отбора пробы жидкости, поглотившей аммиак. Концентрация аммиакта в воде определяется титрованием пробы 0.1 HCℓ. Для определения гидравлического сопротивления на 2-х тарелках служит дифманометр 12.

При выполнении работы строго соблюдать очередность подачи. Сначала необходимо подать воду в абсорбер, установить заданный расход и поддерживать его постоянным. Затем подать воздух в колонну, установить и поддерживать постоянную его скорость в колонне и замерить перепад давления на 2-х тарелках. И только потом открыть редукционный вентиль и подать аммиак в абсорбер. Установить расход аммиака не более 10-20 делений по ротаметру, через 3-5 минут отобрать пробу жидкости внизу колонны и прекратить подачу аммиака, затем воздуха и не ранее 10-15 минут закрыть вентили на линии подачи воды в абсорбер.

Все измеренные величины занести в таблицу.

1 – абсорбер; 2 – сборник; 3 – фильтр; 4 – гидрозатвор; 5 – баллон с аммиаком; 6 – смеситель; 7 – коллектор; 8 – диафрагма; 9 – дифманометр; 10,11 – ротаметры; 12 – дифманометр; В – вентили

Рисунок 2 - Схема абсорбционной установки

2. Обработка опытных данных

Таблица 1

Опытные и рассчитанные данные

Наименование величин	Значение				Среднее значение
	1	2	3
Расход воды; кмоль/с
Скорость воздуха в колонне; м/с
Расход воздуха в колонне; кмоль/с
Расход аммиака, кмоль/с
Перепад давления на 2-х тарелках; Па
Концентрация аммиака в исходной смеси
Концентрация аммиака в воздухе на выходе из колонны
Концентрация аммиака в воде на выходе из колонны
Движущая сила массопередачи
Коэффициент массопередачи Kyf (опытный)
Коэффициент массоотдачи βyf (расчетный)

Расходы воды, воздуха и аммиака необходимо выразить в мольных единицах. Концентрацию аммиака в воздухе Y_H определяем исходя из расходов аммиака и воздуха в кмоль NH₃/кмоль воздуха.

Конечная концентрация аммиака в воздухе Y_K рассчитывается из уравнения материального баланса

.

Начальная концентрация аммиака в воде X_H=0, так как вода, поступающая в абсорбер, аммиака не содержит аммиак.

Конечная концентрация аммиака в воде X_K определяется титрованием отобранной пробы 0.1 н раствором HCℓ. Определив в результате титрования нормальность раствора, выразить концентрацию поглощаемого газа в C_х [кмоль/м³] и пересчитать в относительные мольные единицы по формуле

где М_ж, М_К – молекулярные массы воды и аммиака, кг/кмоль;

ρ_ж – плотность воды, кг/м³.

Расход воздуха в колонне определяется по уравнению расхода.

Рассчитав концентрации Y_H, Y_K, X_H, X_K, строим рабочую линию по 2 точкам (X_H , Y_K), (X_K, Y_H ).

Линия равновесия определяется по уравнению , где m=1.825 – найдена экспериментально для водных растворов NH₃. Наносим рабочую и равновесную линии на график, определяем . Зная количество поглощенного аммиака, определяем коэффициент массопередачи K_yf. Коэффициент массоотдачи β_yf определяем из критерия Нуссельта диффузионного

,

где Д – коэффициент молекулярной диффузии компонента в газе, м²/с;

ℓ – характерный линейный размер, в данном случае ℓ =κ - капиллярная константа, м.

где - поверхностное натяжение на границе газ - жидкость, н/м .

Критерий Нуссельта диффузионный для провальных тарелок рассчитывается по уравнению ,

где критерий Рейнольдса ;

критерий Прандтля ;

критерий Вебера .

Высота столба жидкости на тарелке h_ст, рассчитывается из гидравлического сопротивления орошаемой тарелки ΔР_т, измеренного U-образным дифференциальным манометром, м.

,

где ΔР _сух – сопротивление сухой тарелки, Па;

ΔРσ-сопротивление тарелки, вызываемое силами поверхностного натяжения, Па;

ΔР_г-ж - сопротивление газожидкостного слоя на тарелке, Па.

Сопротивление сухой тарелки рассчитывается по уравнению

где ζ – коэффициент сопротивления тарелки (ζ=2.1);

ω_о – скорость газа в отверстиях тарелки (ω_о =ω/ƒ_св),м/с;

ƒ_св - свободное сечение тарелки (ƒ_св=0.2).

Сопротивление тарелки, вызванное действием сил поверхностного натяжения, определяют по уравнению

где d_о – диаметр отверстий тарелки, м.

Сопротивление газожидкостного слоя принимают равным статическому давлению слоя

ΔР_г-ж=gρ_жh_ст

Определив критерий Нуссельта диффузионный, рассчитывают β_yf и сравниваем K_yf и β_yf.

Сделать вывод о сопоставимости полученных значений коэффициентов.

Список литературы

1. Дытнерский Ю.И. Процессы и аппараты химической технологии: Учебник для вузов. Изд. 3-е. В 2-х кн. / Ю.И. Дытнерский. – М.: Химия, 2002. –кн.1. - 400 с.: ил. -кн. 2. -368 с.: ил.

2. Павлов К.Ф. Примеры и задачи по курсу процессов и аппаратов химической технологии. 9-е изд., пер. и доп. / К.Ф. Павлов, Н.Г. Романков, А.А. Носков. – Л.: Химия, 1981. - 560 с.

3. Руководство к практическим занятиям в лаборатории процессов и аппаратов химической технологии: Учеб. пособие для вузов. / Под. ред. чл.-корр. АН СССР П.Г. Романкова - 6-е изд., перераб. и доп. – Л: Химия, 1990. - 272 с.: ил.

Характеристики

Список файлов книги