5 Содержание отчета

Отчет о лабораторной работе должен содержать:

– схему экспериментальной установки;

– таблицу экспериментальных данных;

– перечень расчетных уравнений и формул;

– перечень значений физических свойств воды и воздуха, геометрических размеров колонны и насадки;

– графики экспериментальных и расчетных зависимостей.

По полученным результатам делаем выводы.

6 Вопросы для самоконтроля

1. В каких случаях используют насадки?

2. Какие типы насадок применяют в насадочных колоннах?

3. Назовите основные характеристики насадок.

4. Что понимают под скоростью газа в колонне и скоростью газа в каналах насадки?

5. Какие гидравлические режимы работы насадочных колонн наблюдают в зависимости от скорости газа?

6. Как определить гидравлическое сопротивление в насадке

Лабораторная работа № 3

Определение коэффициентов массо- и теплопередачи при контакте воздуха и воды на барботажной тарелке

Цель работы:

- определение коэффициентов массо- и теплопередачи при контакте воздуха и воды на барботажной колпачковой тарелке.

1 Основные теоретические сведения

Все массообменные процессы обладают рядом общих признаков.

- они применяются для разделения смесей;

- в любом процессе участвуют, по крайней мере, две фазы: жидкая и паровая (перегонка и ректификация), жидкая и газовая (абсорбция), твердая и парогазовая (адсорбция), твердая и жидкая (адсорбция, экстракция), две жидких (экстракция);

- переход вещества из одной фазы в другую осуществляется за счет диффузии;

- движущей силой массообменных процессов является разность концентраций или градиент концентраций. Процесс протекает в направлении той фазы, в которой концентрация компонента меньше;

- перенос вещества из одной фазы в другую происходит через границу раздела фаз, на которой предполагается состояние равновесия фаз;

- диффузионные процессы обратимы, т.е. направление процесса определяется законами фазового равновесия;

7- переход вещества из одной фазы в другую заканчивается при достижении динамического равновесия.

Состояние равновесия следует понимать так, что обмен между фазами не прекращается, однако скорости перехода компонентов из одной фазы в другую выравниваются.

При взаимодействии двух фаз (если система не находится в состоянии равновесия) происходит перенос вещества из одной фазы в другую (в данном случае вода в виде водяного пара переходит в газовую фазу - воздух).

Для стационарного процесса расход переносимого из фазы в фазу компонента определяют из основного уравнения массопередачи:

M = K_ум у_срF, (1)

где М- расход переносимого из фазы в фазу компонента;

у_ср - средняя движущая сила процесса;

F - поверхность контакта фаз;

К_ум - коэффициент массопередачи, характеризующий скорость переноса

компонента из одной фазы в другую.

Коэффициент массопередачи отражает уровень интенсификации процесса: чем больше величина К, тем меньших размеров требуется аппарат для передачи заданного количества вещества. Наибольшее влияние на интенсивность массопереноса оказывают гидродинамические и конструктивные факторы, определяющие интенсивность и характер взаимодействия контактирующих фаз.

Для системы воздух-вода определяемый К_ум при испарении воды в воздух равен коэффициенту массоотдачи в газовой фазе . Изложенный способ определения используют при обследовании контактных устройств.

Экспериментально К_ум находят из уравнения (1), где F заменяется на F_б (площадь барботажа тарелки):

К_ум= , (2)

Среднюю движущую силу у_ср рассчитывают по уравнению:

у_ср= (3)

где y_н и у_к - соответственно концентрации влаги в воздухе перед тарелкой и после нее, кг влаги/кг сухого воздуха;

и - концентрации влаги в воздухе, предельно насыщенного водяными парами (условие равновесия) при начальной и конечной температуре, кг влаги/кг сухого воздуха;

L_и-расход компонента , кг влаги/ч.

При контакте двух сред, кроме переноса массы, происходит перенос тепла (в данном случае воздух, имеющий более высокую температуру чем вода, нагревает ее).

Экспериментально значение К_т определяют на основе уравнения (4):

, (4)

где истинная поверхность теплообмена F для барботажных аппаратов заменяется на F_б (площадь барботажа тарелки).

Среднюю разность температур определяют по уравнению

, (5)

где и - соответственно температуры воздуха на входе на тарелку и выходе из нее, °С;

и - температура жидкости (воды) на входе и выходе с тарелки.

Известны два вида переноса вещества – молекулярная и конвективная диффузия Молекулярная диффузия обусловлена переносом молекул вещества из области с большей концентрацией в область с меньшей концентрацией и протекает в неподвижной среде или ламинарных пограничных слоях. Перенос вещества внутри неподвижной фазы осуществляется только путем молекулярной диффузии. Молекулярная диффузия происходит вследствие движения молекул.

В движущейся среде перенос вещества может происходить как молекулярной диффузией, так и конвективным переносом самой средой в направлении ее движения. Конвективная диффузия происходит за счет движения частиц данной фазы. Конвективный перенос вещества под действием турбулентных пульсаций называют турбулентной диффузией.

Выше отмечалась идентичность уравнений, описывающих молекулярный перенос массы, теплоты , что объясняется сходством физических процессов, лежащих в основе явлений переноса. Уравнения переноса массы и энергии проистекают из закона сохранения энергии (объединяющего законы сохранения массы и энергии). В ряде случаев эту особенность рассматриваемых процессов можно использовать для решения практических задач: по известным кинетическим коэффициентам для одного процесса (например, для переноса тепла) можно определить кинетические коэффициенты для другого процесса (например, для переноса массы).