Обработка опытных данных. Описание установки

Описание установки

Абсорбционная установка (рис.1) предназначена для проведения процесса абсорбции хлористого водорода из смеси с воздухом водой при противоточном движении фаз. Она состоит из насадочного абсорбера, линии подачи газовой смеси и абсорбента, контрольно-измерительной и регулирующей аппаратуры. Абсорбер 1 работает при противоточном движении фаз и представляет собой колонный аппарат D = 100мм и высотой 2530мм. Абсорбер состоит из восьми секций. В верхней секции размещены каплеотбойник и распределитель жидкости. Шесть секций заполнены насадкой из керамических колец Рашига размером 15×15×2. Удельная поверхность насадки а = 200 м²/м³,доля свободного объема насадки V_св = 0,71 м²/м³, суммарная высота слоя насадки Н = 1500 мм. Каждая из секций снабжена распределителем жидкости. В нижней секции собраны узел подачи газа и узел гидрозатвора для отвода жидкости.

Рис.2. Абсорбционная установка:

1 – колонна абсорбционная; 2 – гидрозатвор; 3, 4 – вентили; 5, 6, 7 – датчики давления,

температуры, концентрации; 8 – регистрирующий прибор; 9 – переключатель

Вода подается в верхнюю часть абсорбера, стекает по насадке и через узел гидрозатвора 2 сбрасывается в канализацию. Расход воды регулируется вентилем 3. Газовая смесь подается в нижнюю часть абсорбера, проходит через насадку, каплеотбойник и сбрасывается в атмосферу. Расход газа регулируется вентилем 4. Давление и температура в абсорбере измеряются при помощи датчиков 5 и 6 соответственно. Начальная и конечная концентрации хлористого водорода в газе измеряются с помощью датчика 7. Выходные сигналы датчиков поступают на вторичный регистрирующий прибор 8.

Таблица 1

Режимные параметры процессов абсорбции

Справочные данные

М_НСl = 36 кг/моль; М_возд = 29 кг/моль; М_Н2О= 18 кг/моль;

Е = 0,00197ּ10⁶ мм.рт.ст. = 262,6кПа;

g = 9,8м/с²;

V_св = 0,71 м²/м³;

а = 200 м²/м³;

ψ = 1;

D = 0,1 м;

Т = 10⁰С.

Обработка опытных данных

1. Относительная массовая концентрация хлористого водорода в газе

на входе в абсорбер

Y_н1,2,3 = 7,2(36/29) /(100 – 7,2) = 0,096 кг/кг

на выходе из абсорбера

Y_к1 = 1,1(36/29) /(100 – 1,1) = 0,0138 кг/кг

Y_к2 = 3,2(36/29) /(100 – 3,2) = 0,041 кг/кг

Y_к3 = 0,1(36/29) /(100 – 0,1) = 0,0012кг/кг

2. Расход инертного газа на входе в абсорбер, кг/с

G_1,2 = 0,0092/(1+0,096) = 0,0084 кг/с

G₃= 0,0044/(1+0,096) = 0,004 кг/с

3. Масса хлористого водорода, поглощаемого в единицу времени

М₁ = 0,0084 (0,096 – 0,0138) = 0,69*10^-3/ кг/с

М₂ = 0,0084 (0,096 – 0,041) = 0,462*10^-3кг/с

М₃ = 0,004 (0,096 – 0,0012) = 0,379*10^-3 кг/с

4. Степень извлечения хлористого водорода

с_г1 = (0,096 – 0,0138)/0,096 = 0,85625

с_г2 = (0,096 – 0,041) / 0,096 = 0,5729

с_г3 = (0,096 – 0,0012)/0,096 = 0,9875

5. Относительная массовая концентрация хлористого водорода в жидкости в нижней части абсорбера

Х_к1 = 0,69*10^-3/0,0184= 3,75*10^-2 кг/кг

Х_к2 = 0,462*10^-3/0,0092= 5,02*10^-2 кг/кг

Х_к3 = 0,379*10^-3/0,0184= 2,06*10^-2 кг/кг

6. Коэффициент распределения

m₁' = 262,6*18/(99ּ29) = 1,646

m₂' = 262,6*18/(99ּ29) = 1,646

m₃' = 262,6*18/(94ּ29) = 1,734

7. Равновесная относительная массовая концентрация хлористого водорода в газе в нижней части абсорбера

Y_н1^* = 1,646*3,75*10^-2 = 6,17*10^-2

Y_н2^* = 1,646*5,02*10^-2 = 8,26*10^-2

Y_н3^* = 1,734*2,06*10^-2 = 3,57*10^-2

8. Движущая сила процесса абсорбции

внизу абсорбера

ΔY_н1 = 0,096 – 0,0617= 0,0343кг/кг

ΔY_н2 = 0,096 – 0,0826=0,0134 кг/кг

ΔY_н3 = 0,096 – 0,0357= 0,0603 кг/кг

вверху абсорбера

ΔY_{к 1}= Y_к1 –Y^*_к1 = м – 0 = 0,0138 кг/кг (Y^*_к1 =0)

ΔY_к2 =0,041 кг/кг

ΔY_к3 =0,0012кг/кг

9. Средняя движущая сила

ΔY_ср1 = 0,0343– 0,0138 /ln(0,0343/0,0138) = 0,0225 кг/кг

ΔY_ср2 = 0,0134 – 0,041/ln(0,0134/ 0,041) = 0,0247 кг/кг

ΔY_ср3 = 0,0603 – 0,0012/ln(0,0603/ 0,0012) = 0,0151 кг/кг

10. Поверхность массопередачи

F = 2,53*3,14*0,1²*200/4 = 3,97 м²

11. Коэффициент массопередачи (экспериментальный)

К_Yэксп1 = 0,69*10^-3/3,97*0,0225 = 0,00772 кг/м²с

К_Yэксп2 = 0,462*10^-3/3,97*0,0247 = 0,00471 кг/м²с

К_Yэксп3 = 0,379*10^-3 /3,97*0,0151 = 0,00632кг/м²с

12. Скорость газа фиктивная

w_1,2 = 4*0,0092/3,14*0,1²*1,26 = 0,93 м/с

w₃ = 4*0,0044/3,14*0,1²*1,26 = 0,44 м/с

13. Коэффициент массопередачи (расчетный)

К_Yрасч = 1/(1/β_у + m'/β_х)

Для газовой фазы

Re_г = 4wρ_г/аμ_г= 4*0,93*1,26/200*16,7*10^-6 =1403

Pr'_г =μ_г /ρ_г*D_г= 16,7*10^-6/1,26*1,3*10^-5=1,02

Nu_г = 0,407Re_г^0,655(Pr'_г)^0,33 = 0,407(1403)^0,655(1,02)^0,33 = 47,18

d_э= 4* V_св/а= 4*0,71/200 = 0,0142 м

β_г = Nu_гD_г/d_э = 47,18*1,3*10^-5/0,0142 = 0,04319 м/с

β_у = β_г*ρ_возд = 0,04319*1,26= 0,0544

Для жидкой фазы

Re_ж = 4L/Sаψμ_ж = 4*0,0184/0,00785*200*1*1310*10^-6 =35,785

S = πD²/4 = 3,14ּ0,1²/4 = 0,00785 м²

Pr'_ж = μ_ж/ρ_жD_ж = 1310*10^-6/(10³*2,3*10^-9) = 569,57

δ_пр. = (μ_ж²/ρ_ж²g)^0,33 = ((1310*10^-6)²/(10³)²*9,8)^0,33 = 6,17*10^-5 м

Nu'_ж=0,0021Rе_ж^0,75(Pr'_ж)^0,5=0,0021*(35,785)^0,75*(569,57)^0,5 = 0,7333

β_ж = Nu'_жD_ж/δ_пр = 0,7333*2,3*10^-9/6,17*10^-5 = 0,273*10^-4 м/с

β_х = β_ж*ρ_Н2О = 0,273*10^-4*10³ = 0,0273

К_Yрасч = 1/(1/0,0544 + 1,646/0,0273) = 0,0127 кг/м²с

Вывод: ознакомились с работой насадочного абсорбера, экспериментально исследовали его массообменные характеристики, определили коэффициент массопередачи (расчетный и экспериментальный), проанализировали влияние расходов газа и жидкости на величину экспериментального коэффициента массопередачи.

ОпределилиК_Yэксп1 = 0,00772кг/м²с; К_Yрасч =0,0127кг/м²с.

Федеральное Государственное бюджетное образовательное учреждение

Высшего профессионального образования

«Казанский национальный исследовательский технологический

университет» (ФГБОУ ВПО «КНИТУ»)

Кафедра процессов и аппаратов химической технологии

Лабораторная работа №21по ПАХТ