Министерство образования и науки Российской Федерации

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Российский химико-технологический университет имени Д.И. Менделеева»

Факультет информационных технологий и управления

Кафедра кибернетики ХТП

Отчет по лабораторной работе № 2 «Расчет процесса абсорбции хлора из его смеси с воздухом водным раствором едкого натрия в насадочной колонне»

Выполнили студенты группы К-41:

Эбергард Андерс,

Головкина Алина,

Григорьева Наталья.

Проверил:

Дудоров Александр Александрович

Москва

2019

Теория и уравнения

Газовая смесь, содержащая (% объёмных) хлора и (% объёмных) воздуха, обрабатывается в насадочном абсорбере водным раствором NaOH с целью удаления из смеси 99,5% хлора.

Объёмная скорость газового потока - . Процесс абсорбции проводится при температуре газового потока 17 и атмосферном давлении Р = 1 атм. Диаметр абсорбера составляет . Структуру газового потока в колонне можно интерпретировать моделью идеального вытеснения.

Требуется рассчитать высоту насадочного слоя в колонне, при которой достигается требуемая степень поглощения хлора, т.е. 99,5%, если массовая скорость потока жидкой фазы (водного раствора NaOH), орошающего слой насадки, достаточна для обеспечения рабочего режима процесса хемосорбции. При интегрировании полученного дифференциального уравнения надо использовать процедуры высокоточных численных методов (Адамса, Рунге-Кутта, Рунге-Кутта-Мерсона). Построить график изменения парциального давления хлора по высоте насадочного слоя абсорбера.

Известно, что процесс хемосорбции хлора водными растворами щелочей зависит от сопротивления газовой фазы, а парциальное давление хлора на поверхности раздела фаз равно нулю, т.к. хлор мгновенно вступает в реакцию в жидкой фазе:

Cl₂ + 2NaOH  NaCl + NaOCl + H₂O

Экспериментальное исследование по хемосорбции хлора водными растворами щелочей выявили следующую зависимость:

= γ, (1)

где: - общий поверхностный коэффициент массопередачи ,

- удельная поверхность контакта фаз, фактически равная поверхности насадки на единицу объёма насадочного слоя ,

≈0,5; ≈0,8 – эмпирические коэффициенты,

- массовая скорость газовой смеси ,

= - площадь поперечного сечения абсорбера [],

γ=1 – коэффициент, учитывающий парциальное давление хлора.

Так как парциальное давление хлора в газовой смеси изменяется по высоте колонны пропорционально изменению концентрации хлора от до 0,5%, то коэффициент массопередачи также уменьшается пропорционально отношению :

= 0,5, (2)

где - средняя логарифмическая разность давлений воздуха в газовой смеси и на поверхности раздела фаз, которое равно также Р, т.е. 1 атм.

Тогда

= = = , (3)

где = = , т.е. меняется по высоте от до 0,005.

Таким образом

= 0,5, (4)

Очевидно, что мольная скорость потока воздуха по высоте колонны постоянна и равна:

=≈4,2∙10^-4 (100-), (5)

Мольная скорость потока хлора зависит от парциального давления хлора и уменьшается по высоте колонны пропорционально отношению :

= ,; (6)

Массовая скорость газовой смеси также зависит от :

=+=+=, ; (7)

где = 71, = 29.

Таким образом, уравнение материального баланса процесса хемосорбции в колонном абсорбере для статического режима его работы с учётом модели идеального движения газового потока имеет вид:

= - = -, (8)

т.к. = 0 (парциальное давление хлора на поверхности раздела фаз).

С учётом вышеприведённых уравнений (2,4,6) можно записать:

= - 0,5 (9)

Или в окончательном виде:

= - (10)

Математическое описание абсорбера ячеечной моделью:

Для первой ячейки:

(11)

Для n-ой ячейки: