2. Описание установки

Схема установки представлена на рис. 5. Основной элемент установки – полочный барботажный абсорбер 1 прямоугольного типа. Поперечное сечение абсорбера и поверхность полки составляют 0,01 м². Полка – прямоугольный элемент из промышленной ситчатой тарелки абсорбера. Диаметр отверстий в полке – 2,5 мм, площадь свободного сечения – 4,8 %.

Воздух подается в абсорбер вентилятором 4 через регулятор 5, позволяющий изменять расход воздуха через абсорбер. Углекислый газ дозируется в поток воздуха из баллона с помощью редуктора и ротаметра 7; общий расход смеси СО₂ с воздухом измеряется ротаметром 15. Пробы газа на входе и выходе из абсорбера отбирают пробоотборником 11 и 12; вода поступает на орошение абсорбера из общей сети 9 через ротаметр 8. Слив воды из абсорбера осуществляется через один из трех переливных штуцеров 2. Отработанная вода сливается в сборник 10. Переключатель 13 служит для подключения дифманометра 14.

3. Порядок выполнения работы

Включают вентилятор 4 и по ротаметру 15 устанавливают наименьший расход воздуха, записывают показания дифманометра 14 (гидродинамическое сопротивление сухой насадки). Затем подают воду на орошение колонны, по ротаметру 8 устанавливают наименьший расход воды, замеряют гидравлическое сопротивление орошаемой насадки 14. Подают СО₂, замеряя его расход по ротаметру 7. Через 3-5 мин работы абсорбера в установившемся режиме определяют концентрации СО₂ в газовом потоке до и после абсорбера. Пробы анализируют на содержание СО₂ с использованием газоанализатора ВТИ-2.

Рис. 5. Схема лабораторной установки: 1 – абсорбер; 2 – регулятор высоты перелива; 3 – полка; 4 – вентилятор; 5 – регулятор нагрузки; 6 – баллон с углекислым газом; 7 – ротаметр СО₂; 8 – ротаметр Н₂О; 9 – напорный бачок; 10 – сборник; 11 – пробоотборник исходного газа; 12 – пробоотборник конечного газа; 13 – переключатель; 14 – дифманометр; 15 – ротаметр для измерения общего расхода газа; 16 – вентили

Проводят изучение влияния скорости газа W, концентрации в нем СО₂ расхода поступающей в абсорбер воды (плотности орошения I) и высоты газожидкостного слоя h_n на процесс абсорбции.

Влияние каждого из четырех факторов на процесс абсорбции изучают, изменяя один из них поочередно при трех остальных неизменных. Проводят серии из пяти актов по изучению влияния С₁, I, W и три опыта при различных значениях h_n.

4. Обработка опытных данных

1. Полученные экспериментальные данные сводят в табл. 6

Таблица 6

Экспериментальные данные

№ п/п

Qг

hп, м

Qв

ΔΡ Па

VГ1, л

VГ2, л

VВ1, л

VВ2, л

Р1, Па

Р2, Па

Рат, Па

рот

м3/с

рот

м3/с

рот

М3/с

1

2

…

5

Условные обозначения: Q_г – расход газовой смеси на выходе из абсорбера по ротаметру 15 и в м³/с; Q_в – расход воды по ротаметру 8 и в м³/с; - расход СО₂ по ротаметру 7 и в м³/с; h_n – высота газожидкостного слоя на тарелке, м; ΔР – гидравлическое сопротивление, Па (перепад давлений в абсорбере по дифманометру 14; VГ1 и VГ2 – объемы проб газа на входе и выходе из абсорбера, л; VВ1 и VВ2 – объемы проб газа на входе и выходе из абсорбера после поглощения СО₂ водой, л; Р_ат – барометрическое (атмосферное) давление, Па.

2. Определяют концентрацию СО₂ на входе и выходе газа в абсорбере:

С₁ = (56); С₂ = . (57)

Величину С₁ можно определить по формуле

С₁ ≈ , (58)

однако формула (56) дает более точный результат С₁.

3. Определяют парциальное давление СО₂ в исходном Р₁ и конечном Р₂ газах:

Р₁ = , (59) Р₂ = . (60)

4. Определяют плотность орошения абсорбера (i – есть расход воды, приходящийся на единицу поверхности полки абсорбера):

i = , (61)

где i - плотность орошения, м³/(м² · с); S – величина поверхности полки, (S = 0,01 м² /м²)

5. Определяют массовое содержание СО₂, приходящееся на 1 м³ воздуха в исходном G_м1 и конечном G_м2 газах:

G_м1 = ; (62)

G_м2 = , (63)

где ρ – плотность СО₂ при нормальных условиях, (кг/м³) = 1,98 кг/м³ [2].

6. Определяют количество СО₂, поглощенного в абсорбере за единицу времени М, кг/с:

М = . (64)

7. Определяют степень абсорбции α:

α = . (65)

8. Определяют концентрацию СО₂ в воде, выходящей из абсорбера:

х = . (66)

где х – мольная доля СО₂ в воде, доли; ρ_в – плотность воды при температуре эксперимента, ρ_в ≈1000 кг/м³.

9. Определяют равновесное парциальное давление СО₂ по формуле (55), Е – коэффициент Генри выбирают по значению температуры среды из [2, табл. XLI], Па;

10. Определяют среднюю движущую силу абсорбции Δ_ср по формуле (53) или (54).

11. Определяют линейную скорость газа в абсорбере W, м/с:

W = . (67)

12. Определяют коэффициент массопередачи К_s по формуле:

К_s = (68)

13. Полученные расчетные данные заносят в табл. 7

Таблица 7