ЛР 21
.docМинистерство образования Российской Федерации
Казанский государственный технологический университет
Кафедра ПАХТ
Лабораторная работа № 17
Изучение гидродинамики тарельчатых колонн
Выполнил:
Студент группы 513121
Пак Е. В.
Проверила:
Нургалиева А. А.
Казань 2006.
Цель работы: ознакомление с работой насадочного абсорбера; экспериментальное исследование его массообменных характеристик, определение коэффициента массопередачи (расчетного и экспериментального); анализ влияния расходов газа и жидкости на величину экспериментального коэффициента массопередачи.
Описание установки
Абсорбционная установка 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 В" 100 мм и высотой 2530 мм.
Абсорбер состоит из восьми секций. В верхней секции размещены каплеотбойник и распределитель жидкости. Шесть секций заполнены насадкой из керамических колец Рашига размером 15x15x2. Удельная поверхность насадки а=200 м2/м3 доля свободного объема насадки Vсв=0.71 м3/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.
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, каллеотбойник 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.
Изучение процесса абсорбции
Режимные параметры процессов абсорбции
Наименование и размерность величины |
опыт |
||
Расход казовой смеси массовый Gсм, кг/с |
1 1,5∙10 -2 |
2 1,5∙10 -2 |
3 0,75∙10 -2 |
Расход воды массовый L, кг/c |
0,7∙10 -2 |
0,7∙10 -2 |
0,7∙10 -2 |
Давление в абсорбере р, кПа |
99 |
99,5 |
99 |
Концентрация HCl в воздухе: На входе в абсорбер ун, % об. На выходе из абсорбера ук, % об. |
6,75 6,8 |
7,5 6,5 |
7,5 6,8 |
Газовая фаза
Nu’г = 0,407Re0.655(Pr’г)0,33 = 65,1
Re = 4w ρг/ aμг = 4 ∙1,52 ∙1,26/ 200 ∙ 16,7 ∙ 10 -6 = 2293,6
Pr’г = μг / ρг Dг = 16,7∙ 10 -6 / 1,26 ∙ 13∙10 -6 = 1,02
βг = Nu’г Dг / dэ = 65,1 ∙ 13 ∙ 10 -6 / 0,0142 = 0,06 м/с
βу = βг ∙ ρвохд = 0,06 ∙1,26 = 0,075
жидкая фаза
Nu’г = 0,0021Re0.75(Pr’ж)0,5 = 0,36
Re = 4L/Sψ aμж = 4 ∙0.7 ∙ 10 -2/ 0.00785 ∙200 ∙1310 ∙ 10 -6 =13.6
Pr’ж= μж/ ρж Dж = 1310 ∙ 10 -6 / 1000 ∙ 2,3 ∙10 -9 = 569,6
βг = Nu’ж Dж / δпр = 0,36 ∙2,3 ∙10 -9/0,000061= 13,6 ∙10 -6 м/с
βх = βж ∙ ρж = 13,6 ∙ 10 -6 ∙1000 = 0,0136
№ п/п |
Наименование и размерность величины |
Расчетная формула |
опыты |
||
1 |
2 |
3 |
|||
1 |
Относительная массовая концентрация хлористого водорода в газе, кг/кг На входе в абсорбер На выходе из абсорбера |
УН = ун∙ МHCl/ (100 – yн)Мвозд УК = ук∙ МHCl/ (100 – yк)Мвозд |
0,0083 0,0075 |
0,0084 0,0072 |
0,0084 0,0075 |
2 |
Расход инертного газа на входе в абсорбер, кг/с, |
G = Gсм / (1 + УН) |
0,015 |
0,015 |
0,007 |
3 |
Масса хлористого водорода, поглощаемого в единицу времени, кг/с |
М = G(УН - УК) |
1,2∙10 -5 |
1,8∙10 -5 |
0,63∙10 -5 |
4 |
Степень извлечения хлористого водорода |
СГ = (УН - УК)/ УН |
0,096 |
0,143 |
0,107 |
5 |
Относительная массовая концентрация хлористого водорода в жидкости в нижней части абсорбера, кг/кг |
ХК = М /L |
0,17∙10 -2 |
0,12∙10 -2 |
0,09∙10 -2 |
6 |
Коэффициент распределения |
m' = E ∙ Mводы / р∙Мвозд |
1,65 |
1,64 |
1,65 |
7 |
Равновесная относительная массовая концентрация хлористого водорода в газе в нижней части абсорбера |
У*Н = m' ХК |
0,28∙10 -2 |
0,2∙10 -2 |
0,15∙10 -2 |
8 |
Движущая сила процесса абсорбции, кг/кг; Внизу абсорбера Вверху абсорбера |
∆ УН = УН - У*Н ∆ УК = УК - У*К |
0,0055 0,0075 |
0,0064 0,0072 |
0,0069 0,0075 |
9 |
Средняя движущая сила, кг/кг |
∆Уср=∆УК -∆УН /ln(∆УК/∆УК) |
0.0064 |
0.0068 |
0.0072 |
10 |
Поверхность массопередачи, м2 |
F = πD2aH/4 |
2.355 |
2.355 |
2.355 |
11 |
Коэффициент массопередачи (экспериментальный), кг/м2с |
КУ эксп = М / F ∆ Уср |
0,001 |
0,0011 |
0,0004 |
12 |
Скорость газа фиктивная. м/с |
w = 4Gсм / πD2ρг |
1,52 |
1,52 |
0,76 |
13 |
Коэффициент массопередачи (расчетный), кг/м2с |
КУ расч =1 / (1/βу + m'/βх) |
0,007 |
– |
– |