Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Физико-химические методы очистки газов (лабораторный практикум)
.pdf
7 – мерный цилиндр
3. Расстояние между нижней и верхней метками разделить на
равные деления (10-20 мм). Затем делением объема воды на высоту
между метками (в см) рассчитать внутренний диаметр мыльнопленочного расходомера; определить также объем одного деления в
см3. Полученные значения нанести на ленту из миллиметровой бумаги. Ленту с полученной шкалой наклеить на расходомер между нижней и верхней метками с помощью полимерного клея (нельзя использовать силикатный канцелярский клей во избежание повреждения поверхности стеклянного расходомера).
1.6.2. Определение нижнего и верхнего пределов измерения
мыльно-пленочного расходомера и среднего значения
расхода
Цель работы
— освоить методику определения нижнего и верх-
него пределов измерений и оценки их погрешности.
Порядок выполнения работы
1. Мыльно-пленочный расходомер (см. рис. 1.12) прикрепить к
штативу и соединить нижний патрубок с резиновой трубкой для заполнения нижней части расходомера мыльным раствором, а патрубок
для подачи газа – с резиновой трубкой, соединенной с воздуходувкой.
2. В теплой дистиллированной воде приготовить раствор мыла
или СМС с концентрацией, образующей довольно устойчивый мыльный пузырь (проверить пипеткой). Для повышения устойчивости
мыльного пузыря в раствор добавляют несколько капель глицерина.
Затем раствор наливают в нижнюю часть расходомера и включают
воздуходувку.
Для измерения расхода газа резиновую трубку медленно поднимают до того момента, когда газовый поток образует мыльную пленку
и перемещает ее вверх по расходомеру. Нижним пределом измерений
расходомера считается объем газа, который движет мыльную пленку
вверх со скоростью 1–2 мм/с. В зависимости от диаметра расходомера
10-30 мм) это соответствует расходу газа в пределах 0,08-0,7 см
(
3
/с.
Определение верхнего предела измерений расходомера осуществляется при подъеме мыльной пленки со скоростью, которая надежно определяется с помощью секундомера (200-250 мм/с), что соответствует
расходу газа при тех же диаметрах расходомеров 2,0-17,5 см3/с. Сред-
31
нее значение расхода газа определяется при скорости движения мыльной пленки 50-150 мм/с. Измерение минимального, максимального и
среднего значений расхода газа повторяют 5 раз.
Обработка результатов
1. Рассчитать среднеарифметические значения минимального и
максимального расхода газа и по уравнениям (1.17) и (1.18) определить стандартную погрешность S и коэффициент вариации W. Сравнивая полученные значения S и W, определить степень точности измерений в мыльно-пленочном расходомере верхнего, нижнего пределов и среднего значения расхода газа.
После определения нижнего и верхнего пределов измерений
мыльно-пленочный расходомер используется как образцовый для градуировки капиллярного реометра.
1.6.3. Градуировка расходомеров мгновенного действия
Лабораторные расходомеры мгновенного действия – реометры и
ротаметры требуют градуировки. Градуировка представляет собой
метрологическую операцию, при помощи которой устанавливаются
значения делений шкалы измерительного прибора (в данном случае
расходомеров мгновенного действия). Наиболее простой путь градуировки – это сравнение показаний градуируемого прибора с показаниями образцового расходомера – газовых часов, прошедших госповерку, мыльно-пленочных расходомеров, а также ранее отградуированных реометров и ротаметров. Если таковые в лаборатории отсутствуют, то изготавливают в стеклодувной мастерской мыльнопленочные расходомеры и вначале определяют их шкалу (см. лабораторные работы 1.6.1 и 1.6.2), а затем используют для градуировки капиллярных реометров. Обычно диафрагменные реометры, рассчитанные на большой расход газа, градуируют с использованием газовых
часов. Величину расхода через капилляр и диафрагму Q рассчитывают
по формулам (1.12) и (1.13). Если расход меньше 1,5 л/мин, то для
градуировки следует использовать мыльно-пленочный расходомер, а
при Q > 2 л/мин – газовые часы.
.6.3.1. Градуировка капиллярного реометра
1
Цель работы
– ознакомиться с методикой градуировки капил-
32
лярного реометра; определить постоянную реометра, оценить точ-
τ
ность градуировки.
Порядок выполнения работы
1. При градуировке капиллярного реометра с помощью мыльнопленочного расходомера собрать установку с последовательным соединением маностата, капиллярного реометра и мыльно-пленочного
расходомера.
2. Подняв уровень воды в маностате на высоту 30–40 мм, включить воздуходувку. Проверить герметичность установки: при закрытом кране перед мыльно–пленочным расходомером уровень воды в
дифманометре реометра должен быть одинаковым во внутренней и
наружной трубках.
После этого произвести 5–7 измерений при заданном значении
расхода, определяя по секундомеру время подъема мыльной пленки от
нижнего до верхнего предела шкалы мыльно-пленочного расходомера
под действием известного объема воздуха.
Изменить разность уровней воды в трубках дифманометрической части реометра на 40–50 мм с помощью крана на линии подачи
воздуха и маностата, повторить серию измерений и таким образом
пройти всю шкалу реометра.
Обработка результатов
Для каждой серии измерений найти среднее значение Н и Q и
результаты эксперимента представить в виде таблицы 1.3.
Таблица 1.3. – Результаты эксперимента
№ серии № опытов Н, мм
, мин
V, см3 Q,
см3/мин
1
2
1 3
4
5
Средние:
1
33
2
Значения, приведенные в таблице 1.3, используются
матической обработке экспериментальных результатов (см
адуировка капиллярного реометра с помощью
ознакомиться с методикой градуировки
Собрать установку по схеме, представленной на
4 водой комнатной температуры
40 мм
кран 3 в положение, сообщающееся с атмосферой, и включить
Схема установки для градуировки капиллярного
2 3
4
5
Средние:
1.6.3.2. Гр
аспиратора
Цель работы –
лярного реометра с помощью аспиратора.
Порядок выполнения работы
.
1
2. Заполнить аспиратор
установить высоту столба воды в маностате 30–
чу воздуха.
е-
л-
3.
атем
а-
Рис. 1.13. -
34
реометра с помощью аспиратора: 1 – маностат; 2 – капиллярный реометр; 3 – трехходовый кран; 4 – аспиратор; 5 – манометр; 6 – мерный цилиндр
Проверить герметичность установки путем перекрытия краном
3 сообщения с атмосферой. При этом в дифманометре реометра уровень воды во внутреннем и наружном цилиндрах должен быть одинаковым. После этого осторожно открыть кран 5 и отрегулировать расход воды таким образом, чтобы вода в коленах манометра 7 стояла на
одном уровне. Это означает, что объем вытекающей воды равен объему входящего воздуха. При установившемся режиме измерить с помощью секундомера и цилиндра 6 расход воды и повторить эти измерения 5–7 раз. Затем изменить разность высот воды в дифманометре
на 50–60 мм и провести серию измерений при другом расходе. Пройти, таким образом, всю шкалу реометра.
Обработка результатов
Экспериментальные данные представить в виде таблицы 1.3. Затем
эти данные использовать для математической обработки (см. главу 4).
.6.3.3. Градуировка диафрагменного реометра
1
Цель работы – освоить методику градуировки диафрагменного
реометра с помощью газовых часов; определить постоянную реометра
и оценить точность градуировки.
Порядок выполнения работы
1. Собрать установку в соответствии с рис.1.14.
35
Рис.1.14. - Схема установки
τ
для градуировки диафрагмен-
ного реометра с помощью га-
зовых часов: 1 – маностат;
2 – газовые часы; 3 – диа-
фрагменный реометр
2. Подняв воду в маностате на высоту 30–40 мм включить подачу воздуха в установку. Проверить герметичность установки: при
закрытом кране после реометра стрелка газовых часов не должна вращаться.
После этого в дифманометрической части реометра создать разность уровней воды во внутреннем и наружном цилиндрах 50–60 мм и
произвести 5–7 измерений расхода воздуха, определяя по секундомеру
время прохождения через газовые часы известного объема воздуха.
Увеличить расход воздуха до тех пор, пока разность в дифманометре не увеличится на 40-50 мм и снова произвести 5-7 измерений.
Аналогично пройти всю шкалу реометра. Затем диафрагму повернуть
на 180° и все повторить аналогично. Результаты измерений представить в виде таблицы 1.4.
Таблица 1.4 – Результаты эксперимента по градуировке диафрагмен-
ного реометра
№ се-
рий
№ опы-
тов
Н, мм
, мин
V, см3 Q,
см3/мин
Прямое направление
1
1 2
3
Сред-
ние
1
2 2
36
3
Сред-
ние
Обратное направле-
ние
1 1
2
3
Сред-
ние
Построить график зависимости среднеарифметических значений
Q = f(H) и для математической обработки выбрать результаты того
направления движения газа в диафрагме, при котором точки наиболее
точно ложатся на одну прямую линию.
37
ГЛАВА II. АБСОРБЦИОННЫЕ МЕТОДЫ ОЧИСТКИ ГАЗОВ
2.1. Основные равновесные соотношения при абсорбции
Абсорбцией называется процесс поглощения газа жидким поглотителем – абсорбентом. Абсорбционные процессы удаления примесей, основанные на различной растворимости газов в жидкостях,
относятся к числу наиболее распространенных способов очистки газов
от вредных примесей. Расчет промышленных абсорберов требует знания равновесных и кинетических характеристик конкретной системы
«газ–жидкость».
При небольших давлениях абсорбируемого газа и малой концентрации его в растворе зависимость растворимости газа от его давления выражается законом Генри:
P* = K⋅X, (2.1)
где К – константа Генри; Х – мольная доля растворенного газа в растворе; Р* – равновесное парциальное давление газа, определяется общим давлением Р газовой смеси и мольной долей газа в смеси Y
P* = Р⋅Y). Для зависимости между мольной долей поглощенного
(
компонента газовой смеси в газовой фазе Y и растворе Х в состоянии
равновесия можно получить следующее соотношение
Y= (K/P)⋅X = m⋅X, (2.2)
где безразмерная величина m – константа фазового равновесия (коэффициент распределения).
Закон Генри применим только для идеальных растворов. С достаточной степенью точности закон Генри описывает реальные системы, приближающиеся по свойствам к идеальным, т.е. растворы и плохорастворимые газы. В противном случае m становится переменной
величиной, и линия равновесия становится кривой.
Вопросы и задачи
1. Приведите формулировку закона Генри.
. Как связаны между собой коэффициент распределения и кон-
2
станта Генри?
3
. При 25°С равновесное давление аммиака над аммиачной во-
дой концентрацией 1,5% мас. равно 1586 Па (11,90 мм. рт. ст.) Найдите коэффициент распределения для этих условий, если общее давле-
38
ние равно 0,1 МПа.
4. Экспериментально найдены следующие значения парциаль-
ного давления аммиака над его раствором при 25°С:
Содержание NH3, кг/100 кг Н2О 0,105 0,32 0,751 1,31 1,98
Парциальное давление NH3, Па 105,4 321 760 1370 2100
Определите, подчиняется ли система закону Генри, если допустимые отклонения коэффициента Генри от средней величины находятся в пределах 5 %.
5. Коэффициент распределения для системы «аммиак-вода» оп-
ределяется уравнением
lg m = 6, 447 – 1922/T, (2.3)
где Т – температура, К. Концентрация газа и жидкости выражена в
мольных долях.
Постройте график зависимости парциального давления аммиака
Р (Па) над аммиачной водой концентрацией 1–10 % при 20°С, если
общее давление равно 10
5
Па.
2.2. Основы массопередачи при абсорбции
При поглощении газа жидкостью масса абсорбированного вещества М может быть определена из общего уравнения массопередачи:
М = КY⋅F(Y–Y*)⋅ τ (2.4)
или M = KX⋅F(X*–X)⋅ τ, (2.5)
где τ – время; F – поверхность массопередачи; КY и КХ – коэффициенты массопередачи, выраженные соответственно через концентрации
поглощаемого газа в жидкой и газовой фазах. Разности Y–Y* и X*–X
в общем виде обозначаются как ∆Y и ∆X, называемые движущей силой абсорбции.
Современные представления о механизме абсорбции исходят из
аддитивности фазовых сопротивлений. Если на границе раздела фаз
устанавливается равновесие, то общее сопротивление массопередаче
(величина, обратная коэффициенту массопередачи) равно сумме сопротивлений массотдаче в газовой и жидкой фазах:
39
1/КY = 1/kY + m/k
∆
2
⋅с⋅
∆
2
⋅ с⋅
∆
∆
∆
2
⋅с⋅
∆
2
⋅с⋅
2
⋅с⋅
и 1/KX = 1/m⋅k
X
+ 1/kX,
Y
(2.6)
где kY и kX – коэффициенты массоотдачи, выраженные через концентрации поглощаемого газа в жидкой и газовой фазах соответственно.
Если система подчиняется закону Генри, то m= сonst и величины КX и КY связаны между собой соотношением
КХ = m⋅KY. (2.7)
Размерности и единицы измерения коэффициентов массоотдачи
и массопередачи приведены в таблице 2.1.
Связь между коэффициентами массопередачи, выраженными в
различных единицах, может быть представлена в виде
= КY ⋅RT/Р = КP⋅RT. (2.8)
К
С
Коэффициенты массопередачи, входящие в уравнения (2.4)(2.8), отнесены к единице поверхности фазового контакта F.
Таблица 2.1 – Размерности коэффициентов массопередачи и массоот-
дачи
Единица измере-
ния движущей
силы
С, кмоль/м3 кмоль/(м
С, кг/м3 кг/(м
Y или ∆Х, моль-
ные доли
Y или ∆Х, мас.
доли
Р, Па кмоль/(м
Р, Па кг/(м
Размерности коэффициентов массопередачи
и массоотдачи
кмоль/м3) = м/с
кг/м3) = м/с
кмоль/(м2⋅с⋅кг/кг) = кмоль/м2⋅с
кг/(м2⋅с⋅кг/кг) = кг/м2⋅с
Па)
Па) = кг⋅м2/(м
Н) = кг⋅с2/(с⋅кг⋅м) = с/м
Движущая сила абсорбции в общем случае является переменной
величиной. Поэтому при расчете или исследовании абсорберов пользуются средней движущей силой абсорбции. В частном случае при
соблюдении закона Генри средняя движущая сила процесса массопередачи рассчитывается как средняя логарифмическая величина движущих сил в зоне входа в аппарат и в зоне выхода из аппарата и опре-
40
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]