ЛР 21

Министерство 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 V_св=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 = 0,407Re^0.655(Pr’_г)^0,33 = 65,1

Re = 4w ρ_г/ aμ_г = 4 ∙1,52 ∙1,26/ 200 ∙ 16,7 ∙ 10 ^-6 = 2293,6

Pr’_г = μ_г / ρ_г D_г = 16,7∙ 10 ^-6 / 1,26 ∙ 13∙10 ^-6 = 1,02

β_г = Nu’_г D_г / d_э = 65,1 ∙ 13 ∙ 10 ^-6 / 0,0142 = 0,06 м/с

β_у = β_г ∙ ρ_вохд = 0,06 ∙1,26 = 0,075

жидкая фаза

Nu’_г = 0,0021Re^0.75(Pr’_ж)^0,5 = 0,36

Re = 4L/Sψ aμ_ж = 4 ∙0.7 ∙ 10 ^-2/ 0.00785 ∙200 ∙1310 ∙ 10 ^-6 =13.6

Pr’_ж= μ_ж/ ρ_ж D_ж = 1310 ∙ 10 ^-6 / 1000 ∙ 2,3 ∙10 ^-9 = 569,6

β_г = Nu’_ж D_ж / δ_пр = 0,36 ∙2,3 ∙10 ^-9/0,000061= 13,6 ∙10 ^-6 м/с

β_х = β_ж ∙ ρ_ж = 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, м^2	F = πD^2aH/4	2.355	2.355	2.355
11	Коэффициент массопередачи (экспериментальный), кг/м^2с	КУ эксп = М / F ∆ Уср	0,001	0,0011	0,0004
12	Скорость газа фиктивная. м/с	w = 4Gсм / πD^2ρг	1,52	1,52	0,76
13	Коэффициент массопередачи (расчетный), кг/м^2с	КУ расч =1 / (1/βу + m'/βх)	0,007	–	–