Описание установки и методика проведения работы

Для обеспечения необходимой концентрации паров этанола в воздухе, воздух с определенной скоростью (60–80% по ротаметру) пропускают через слой спирта в барботере 8, в который заливают 30–40 мл спирта. Барботер помещают в термостат 7, нагретый до 75–80°С. Полученная таким образом исходная газовая смесь поступает и рабочую часть пленочного абсорбера – вертикальную трубку 2 через успокоительный участок 3. Жидкость (вода) через ротаметр 5 поступает в сосуд 1 и, перетекая через край выступающей внутрь сосуда трубки, стекает пленкой по стенкам последней, поглощая этанол из газовой смеси. Затем через регулятор уровня 4 отводится из аппарата в приемник 6, где замеряется ее объем V_общ, (2–4 литра).

Поверхность соприкосновения фаз принимают равной внутренней орошаемой поверхности трубки на рабочей длине.

Очищенный от этанола воздух выходит из абсорбера через верхнюю часть сосуда 1. Количество поглощенного этанола V_сп определяется при анализе жидкости в приемнике 6. Измеряется с помощью ареометра плотность жидкости, и затем по специальным таблицам находят содержание этанола в массовых долях х_масс в поглотителе.

где: ρ_см – плотность поглотителя в приемнике 6;

ρ_сп – плотность спирта (800 кг/м³).

Степень извлечения паров этанола из газовой смеси определяется по уравнению материального баланса

V_нс - V_кс=V_сп + V_ун

где: V_нс – начальный объём спирта, загружаемого в барботер, мл

V_кc – объем спирта в барботере после опыта, мл

V_уn – количество спирта, унесенного с воздухом, мл

Степень извлечения х равна:

или с достаточной точностью

Результаты исследования заносятся в табл. 13.1.

Таблица 13.1

Расход поглотителя		Расход газа		Массовая доля спирта, хмасс	Объем поглощенного спирта, Vcп, мл	Степень извлечения, х, %
по ротаметру %	кг/с	по ротаметру %	м^3/с

Обработка опытных данных и составление отчета

Коэффициент массоотдачи в газовой фазе можно определить из уравнения (13.4) для газовой фазы:

(13.12)

где: - коэффициент диффузии этанола в воздухе, м² /с;

V_прив - приведенная толщина пленки, м;

Nu_г - критерий Нуссельта;

, V_прив при температуре опыта определяется из соотношений:

где: - при 0С составляет 0,102 см²/с.

μ_ж – вязкость воды при температуре опыта, Па×с (см. табл.1.3. лабораторная работа №1);

ρ_ж – плотность воды, кг/м³ (см. табл.1.2. лабораторная работа №1).

Для массоотдачи в газовой фазе диффузионный критерий Нуссельта определяется по уравнению (13.7):

(13.13)

где:

где d = 25мм, μ_г = 0,176×10^-4 Па·с, ρ_г= 1,29 кг/м³;

ω_о - относительная скорость газа

,

где  – средняя скорость газа, определяемая из уравнения:

,

где: V_г – расход газа м³/с;

u_ср – средняя скорость пленки, которая определяется по формуле

,

где: Г – линейная плотность орошения, кг/(мс)

,

где: G –расход поглотителя, кг/с

.

Коэффициент массоотдачи в жидкой фазе _ж определяется из уравнения (13.4) для жидкой фазы:

(13.14)

где: D_ж – коэффициент диффузии этанола в воде, м²/с;

D_ж – при 20°С составляет 1×10^–5 м²/с.

Критерий Нуссельта для массоотдачи в жидкой фазе определяют по уравнению:

(13.15)

где: l – рабочая длина 0,6 м (l =0,6 м)

Критерий Рейнольдса:

.

Диффузионный критерий Прандтля:

.