2.3. Обработка результатов эксперимента

По результатам измерений необходимо построить следующие графики:

1. Графики зависимости и а_л по сечениям опускной и подъемной труб, т.е. зависимости и .

2. Графики зависимости осредненных, по сечению трубы, значений и по высоте труб, и .

3. Графики, осредненных по объему, значений и а для нисходящего и восходящего потоков.

Для обработки интегральных значений и рекомендуется использовать уравнения (; ; V_п) с учетом модели дрейфа или в виде зависимости от удельной подводимой мощности струи N_уд.

Обработку значений и при различных расходах жидкости и газа следует проводить в зависимости от удельной подводимой энергии N_уд или от значений удельной диссипации энергии в соответствующих трубах, т.е.

и ,

где Е – удельная энергия диссипации в соответствующей трубе, Вт/м³.

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА 3

Определение коэффициента массопередачи

в процессе физической абсорбции

Цель работы: Определение объемного коэффициента массоотдачи для случая физической абсорбции диоксида углерода при различных гидродинамических режимах движения газожидкостной смеси в модели струйно-инжекционного кожухотрубного сатуратора.

3.1. Основные положения при описании процесса

массопереноса труднорастворимых газов

Абсорбция – процесс избирательного (селективного) поглощения газа или пара жидкостью. Абсорбция бывает трех видов: физическая, хемосорбция и биосорбция. При физической абсорбции молекулы газа не вступают в химическую связь с молекулами жидкости, а лишь располагаются в межмолекулярном пространстве между ними. Процесс физической абсорбции обратим. При изменении внешних условий (температуры и давления) наблюдается как процесс поглощения (абсорбция), так и процесс выделения (десорбция) растворенного газа из жидкости. При хемосорбции молекулы газа вступают полностью (или частично) в химическую реакцию с молекулами жидкости, образуя одно или несколько новых веществ. При биосорбции молекулы растворившегося газа потребляются микроорганизмами, что приводит к снижению концентрации газа в жидкости.

Наиболее широкое применение процессы физической абсорбции получили в химической и пищевой промышленностях, например, процесс насыщения прохладительных напитков диоксидом углерода (углекислым газом), процесс аэрации культуральных жидкостей в дрожжевой и микробиологических промышленностях и другие.

Как и в любом массообменном процессе между газом и жидкостью, при физической абсорбции скорость переноса массы определяется скоростью переноса молекул газа из газовой фазы в жидкую и скоростью накопления их в жидкости. Количество вещества М, переносимого в единицу времени из газовой фазы в жидкую, определяется основным уравнением массопередачи

, (3.1)

где К – коэффициент массопередачи, м/с; F – площадь поверхности контакта фаз, м²; DС – движущая сила процесса, кг/м³ .

Число молекул (или их масса), содержащихся в единице жидкой фазы, определяется концентрацией растворенного газа, С.

Максимальная концентрация данного газа, возможная в данной жидкости при данной температуре и давлении, носит название равновесной концентрации и для случая абсорбции чистых газов зависит от общего давления Р. Если физическая абсорбция носит избирательный характер, то для поглощаемого газа будет зависеть от парциального давления данного газа в смеси.

Для труднорастворимых газов зависимость от давления Р определяется законом Генри

, (3.2)

где Не – константа Генри, зависящая от температуры, давления и физических свойств газа и жидкости, Па.

Значения константы Генри при различных температурах для системы СО₂ – вода приведены в табл. 3.1

Таблица 3.1

t,°С	0	5	10	15	20	25	30
Не×10-6, Па	73,5	88,6	105,3	123,7	143,6	165,0	187,5

Расчет любого абсорбционного аппарата заключается в определении его основных габаритных размеров и интенсивности проведения процесса. Для этой цели используют уравнение (3.1), в которое входят две наиболее важные характеристики К и F.

При определенных допущениях (отсутствии диффузионного сопротивления при переходе молекул газа через поверхность контакта фаз, существовании равновесия на этой поверхности и других) коэффициент К определяется по формуле

(3.3)

где m – тангенс угла наклона линии равновесия; b_г ; b_ж – коэффициенты массоотдачи в газовой и жидкой фазах соответственно, м/с.

Если основное сопротивление массопереносу лежит в жидкой фазе, то К » b_ж (случай абсорбции труднорастворимых газов). Следовательно, уравнение (3.1) можно представить в виде

. (3.4)

Определение коэффициента массоотдачи в жидкой фазе b_ж и площади поверхности контакта фаз F как теоретическими, так и экспериментальными методами достаточно сложно и трудоемко, поэтому уравнение (3.4) часто приводят к виду

, (3.5)

где b_V – объемный коэффициент массоотдачи в жидкой фазе, с^-1.

Значение b_V находится из уравнения

, (3.6)

где V_р – рабочий объем абсорбера, м³; а – удельная поверхность контакта фаз, т.е. площадь поверхности контакта фаз, приходящейся на единицу рабочего объема абсорбера, м²/м³.

Средняя движущая сила может быть определена, если известны рабочая и равновесная линии процесса абсорбции для данного газожидкостного аппарата (абсорбера, сатуратора, аэратора и т.п.). Обычно начальные и конечные концентрации заданы технологическими условиями и построение рабочей линии процесса не вызывает сложностей. Оценка тепловой и гидродинамической обстановки в аппарате позволяет построить равновесную линию, для чего используется уравнение (3.2).

Среднюю движущую силу абсорбции находят по формуле

. (3.7)

где , – разность концентраций переносимого компонента газа на входе и выходе из аппарата, кг/м³; , – равновесные концентрации переносимого компонента газа на входе и выходе из аппарата, кг/м³; , – концентрации переносимого газа в объеме жидкости на входе и выходе из аппарата, соответственно, кг/м³.

Величину М определяют из материального баланса по растворенному газу по уравнению, кг/с

. (3.8)

Отсюда

. (3.9)