Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Физико-химические методы очистки газов (лабораторный практикум)
.pdf
деляется по величинам мольных долей примеси в газовой и жидких
фазах, как это показано в приведенных соотношениях:
∆Х
∆Y
ср
ср
*
= [(Х
– ХК) – (Х
К
= [(YH –Y*H) – (YK – Y*K)/ln[(YH – Y*H)/(YK – Y*K)]. (2.10)
*
– ХН)]/ln[(Х
Н
*
–ХК)/(Х
К
*
Н – ХН
)]; (2.9)
Задачи
1. Абсорбер орошается 0,5%–ной аммиачной водой в количестве
5 м3/ч. Рассчитайте среднюю движущую силу абсорбции по газу и
жидкости, если на поглощение поступает газ, содержащий 5% об. аммиака при 97,3 кПа и 24°С в количестве 200 м3/ч. Степень абсорбции
аммиака 70%. Плотность аммиачной воды принять равной 1000кг/м3.
2. Рассчитайте по данным предыдущей задачи объемный коэффи-
циент массопередачи К
, если объем насадки абсорбера равен 4 м3.
V
2.3. Экспериментальное исследование абсорбции аммиака водой
Обычно абсорбция аммиака водой осуществляется из аммиачновоздушной смеси (АВС). При этом основной задачей является аналитическое определение концентрации аммиака в АВС до и после абсорбции и его концентрации в жидкой фазе. Выполнение такой задачи
облегчается тем, что во всех случаях концентрация аммиака определяется ацидиметрическим титрованием с использованием смешанного
индикатора (метиловый красный + метиловый синий) или метилового
красного. В жидкости содержание аммиака устанавливается прямым
титрованием 0,1 N серной кислотой. Аммиак в газовой фазе до и после абсорбции поглощается в спиральных поглотителях титрованным
раствором серной кислоты, после чего ее избыток оттитровывается
0,1N раствором NaOH.
Концентрация аммиака в газовой фазе CГ составляет (г/м3):
= 17,03⋅(V0⋅N0⋅K0– V1⋅N1⋅K1)/(Va⋅τ), (2.11)
С
Г
где V
, N0 , K
0
и V1, N1, K1 – объемы, нормальности и поправочные
0
коэффициенты к нормальности растворов Н2SO4 и NaOH соответственно. При использовании титрованных растворов коэффициенты К0 и
К1 равны единице; Va – расход газа на анализ ; τ – время отбора пробы на анализ.
41
Масса поглощенного аммиака по анализу газа (кг/ч) определяется по соотношению:
mг = 6⋅10-5⋅VГ ⋅(С'Г –С"Г), (2.12)
где С'
и С"Г – концентрация аммиака в АВС до и после абсорбера.
Г
Концентрация аммиака в воде (г/л) определяется по соотношению:
СЖ = 17,03 ⋅(V2⋅N2⋅K2)/Vаб.
(2.13)
Массу поглощенного аммиака по анализу жидкости (кг/ч) находят:
mЖ=6⋅10-5⋅VЖ⋅СЖ . (2.14)
Близость значений m
и mЖ свидетельствует о достаточной точ-
Г
ности выполненных анализов. Для дальнейшего расчета следует брать
среднее из полученных значений m.
Средняя движущая сила абсорбции может быть определена разностью мольных долей аммиака либо в газовой, либо в жидкой фазах.
Мольная доля аммиака во входящем газе ( YH или YК) определяется
соотношением
Y = СГ ⋅ (101,3⋅Т⋅22,05/Р⋅273,15⋅17034) = 4,8⋅10-3 ⋅СГ ⋅Т/Р, (2.15)
где Р и Т – фактические значения давления и температуры воздуха в
ходе опыта, кПа и К соответственно.
Мольная доля аммиака в жидкости, выходящей из абсорбера,
равна:
Х
= 18⋅СЖ/(17034⋅ρ+СЖ),
нас
(2.16)
где ρ – плотность аммиачной воды, г/см3.
При орошении абсорбера чистой водой, очевидно, что Х
= 0 и
К
YК = 0. Для определения Х*K , Х*H , Y*H необходимо использовать
уравнение (2.3) и рассчитать коэффициент распределения m для температуры опыта, после чего с помощью (2.2) найти указанные величины и рассчитать среднелогарифмическую движущую силу абсорбции.
42
Задачи
1. Рассчитать, какой минимальный объем серной кислоты (0,1N)
необходимо взять для поглощения в ходе анализа аммиака из 3%-ной
АВС, если в момент опыта температура равна 20°С, а давление 97,3
кПа. Отбор пробы длился 10 мин, расход газа на анализ составил 150
см3/мин.
Решение. Объем пробы в условиях опыта составляет
V=1500 см3, следовательно, в нормальных условиях он равен
V0 = V⋅97,3/[101,3⋅(273,2/293,2)] = 1343 см3.
Тогда число миллимолей аммиака, содержащееся в этом объеме
3%-ной АВС, равно
n = (1343/22,05)⋅0,03 = 1,827,
где 22,05 – мольный объем аммиака при нормальных условиях,
3
/моль.
см
Отсюда видно, что минимальный объем 1N раствора серной кислоты, который необходим для поглощения аммиака, будет равен
1,827 см3, однако по условию задачи используется 0,1N раствор серной кислоты, следовательно, объем такого раствора будет в десять раз
больше, т.е. 18,27 см3.
2. Через поглотитель, содержащий 25 см3 0,1N раствор серной
кислоты, пропущен для анализа газ, содержащий 2,5% аммиака при
99,1 кПа и температуре 25ºС. Объем пропущенного газа равен 1200
см3. Рассчитайте, какой объем 0,1N раствора NaOH потребуется для
титрования избытка серной кислоты.
3. Рассчитайте мольную долю аммиака в парах над аммиачной
водой, на титрование 5 см3 которой израсходовано 25 см3 0,1N раствора серной кислоты. Плотность аммиачной воды равна 0,99 г/см3, температура 23ºС, коэффициент распределения определяется по уравнению (2.3).
4. Содержание аммиака в воздухе после абсорбции равно 0,2 %,
расход газа на анализ составляет 120 см3/мин при нормальных условиях. Аммиак поглощается 0,2N раствором серной кислоты. Каким
должно быть минимальное время отбора пробы, чтобы погрешность
при анализе не превышала одного относительного процента? Суммарная ошибка при измерении объема кислоты и при титровании не превышает 0,2 см
3
.
43
2.4. Лабораторные работы
2.4.1. Определение коэффициента массопередачи
в дисковом абсорбере
Цель работы – определение коэффициента массопередачи при
абсорбции аммиака водой на дисковой насадке с известной поверхностью.
Коэффициент массопередачи КХ или КY определяется из общего
уравнения массопередачи по экспериментально найденному значению
движущей силы абсорбции и массе поглощенного аммиака, перешедшего из газовой в жидкую фазу.
Описание лабораторной установки
Коэффициент массопередачи определяется с помощью абсорбера, массообменная поверхность которого состоит из дисков, расположенных друг над другом во взаимно перпендикулярных плоскостях.
Диски изготовлены из стали. Диаметр абсорбера 17 мм, Число дисков
13, толщина дисков равна 3 мм.
–
Принципиальная схема абсорбционной установки приведена на
рис. 2.1.
Методика и порядок проведения эксперимента
1. Включить вентиляцию, убедиться в ее нормальной работе.
Выхлопные патрубки после кранов 14 и 17 ввести в отсос местной
вентиляции.
44
Рис. 2.1. - Схема дисковой абсорбционной установки:
– абсорбер; 2 – воронка для сбора воды; 3 – уравнительная
1
склянка; 4 – емкость с водой; 5 – смеситель воздуха с аммиаком; 6-10 – реометры; 11–18 – краны
2. Убедившись, что емкость 4 заполнена, подать воду в абсорбер. После того, как поток установится, отрегулировать расход воды в
пределах 50-200 см3/мин. Необходимо внимательно следить, чтобы
вода с дисков стекала только в воронку 2 и не попадала в нижнюю
часть абсорбера. Уровень воды в воронке регулируется с помощью
уравнительной склянки 3 путем ее перемещения в вертикальном направлении. Пролитую воду слить через кран 18.
.С помощью крана 12 подать в систему воздух при открытых
3
кранах 15 и 17 (краны 13, 14, 16 и 18 при этом полностью закрыты).
Установить по реометрам 6 и 8 расход воздуха V
, соответствующий
Г
максимальной линейной скорости в абсорбере. Она должна быть в пре
делах 0,1 м/с. Постепенным открыванием крана 13 установить расход
45
входящего газа на анализ в пределах 100-150 см3/мин.
Г,
,
4. При участии преподавателя наладить подачу аммиака в воз-
душный поток и установить его расход таким образом, чтобы расчетная концентрация находилась в заданных пределах.
5. Уточнить расход абсорбента (см3/мин).
6. Определить аналитически фактическую концентрацию аммиака в АВС (С'Г, г/м3), поступающей на абсорбцию.
7. Открытием крана 4 определить концентрацию аммиака в газе,
вышедшем из абсорбера (С"Г, г/м3).
8. Определить концентрацию аммиака в поглотителе после аб-
сорбера (СЖ , г/л).
9. Выполнить серию определений С'
Г , C"Г
и Сж различных ре-
жимах, изменяя линейную скорость АВС или ее концентрацию. Результаты занести в таблицы 2.2–2.4.
Таблица 2.2 – Результаты измерений абсорбции аммиака водой (до
абсорбера)
Номер
опыта
АВС
VГ, л/мин
W
АВС
л/мин
VАМ,
л/мин
V'a,
л/мин
τ',
мин
V'0,
см3
V'
см
С'Г ,
1
3
3
г/м
1
2
3
4
5
Таблица 2.3. – Результаты измерений абсорбции аммиака водой (после
абсорбера)
Номер
опыта
АВС
VГ,
л/мин
W
АВС
л/мин
Г,
VАМ,
л/мин
V"a,
л/ми
н
τ",
ми
н
V"o,
см3
V"
см
С"Г,
г/м
3
mГ,
кг/ч
1
,
3
1
2
3
4
5
Чтобы уменьшить скорость потока АВС без изменения концентрации аммиака, следует использовать кран 15. Расход газа через абсорбер
измеряется реометром 8. Через кран 14 избыточное количество газа сбрасывается в вытяжную вентиляцию. Концентрация аммиака в АВС регу-
46
лируется с помощью вентиля на баллоне и крана 11.
H
K
Таблица 2.4. – Результаты анализа поглотителя после абсорбции
Номер
опыта
VЖ ,
см3/мин
V2, см3 Vаб, см3 СЖ, г/л mЖ, кг/ч
1
2
3
4
5
Примечание: VГ и WГ – объем и скорость газа проходящего через абсорбер;
Vа – расход газа на анализ; τ – продолжительность отбора про-
бы на анализ; V0 и V1 – объемы 0,1N растворов серной кислоты
и NaOH; СГ – концентрация аммиака в АВС; VЖ – расход воды
через абсорбер; V
V2 – объем 0,1N раствора серной кислоты, израсходованной на
титрование пробы объемом Vаб; mГ и mЖ – масса поглощенного
аммиака по анализу газа и жидкости
– объем абсорбента, взятый на анализ;
аб
10. После окончания измерений прекратить сначала подачу ам-
миака, затем воды и воздуха.
Обработка и обсуждение результатов
На основании результатов анализов рассчитывают среднее значение массы поглощенного аммиака m, среднюю движущую силу абсорбции ∆Х и ∆Y. Затем определяют коэффициенты КХ и КY из уравнения массопередачи. По полученным данным строят график зависимости КХ или КY от скорости потока АВС через абсорбер.
Результаты расчета приводят в виде таблицы 2.5.
Таблица 2.5. – Данные по обработке результатов эксперимента
№
опыта
m,
кг/ч
Y*
Y
H
Y*
Y
K
XH X*H XK X*
∆Y ∆X
K
KY K
X
1
2
47
3
4
5
Примечание: Y* и X*—концентрация примеси в одной фазе, равновесная ее
концентрации в другой фазе
2.4.2. Исследование гидравлического
сопротивления насадочного абсорбера
Цель работы – освоение методики определения гидравлического
сопротивления сухой и мокрой насадки в насадочном абсорбере.
Описание установки
Лабораторная установка для исследования гидравлического сопротивления насадочного абсорбера (рис. 2.2) состоит из стеклянной
колонки 1, заполненной насадкой, вентилятора 2, диафрагмы 3 с дифманометра 4 для определения расхода воздуха, манометра 5 для измерения перепада давления на насадке.
Вода на орошение насадки подается в колонку из напорной емкости 6, через ротаметр 7. Расход воды регулируется краном 8, а расход воздуха – вентилем 9.
Методика проведения эксперимента
Экспериментальная часть работы включает два этапа:
определение гидравлического сопротивления сухой насадки;
–
– определение гидравлического сопротивления орошаемой на-
садки при различных значениях плотности орошения.
1. Включают вентилятор 2 и при заданной производительности
по воздуху фиксируют показания манометров 4 и 5. При этом также
записываются показания сухого и влажного термометров, давление
атмосферного воздуха. Эти данные необходимы для определения
влажности и плотности воздуха.
48
Рис. 2.2. - Схема установки для исследования гидравлического
сопротивления насадочного абсорбера
. Исследование гидравлического сопротивления сухой насадки
2
выполняется при 4–5 значениях производительности по сухому воздуху, которые устанавливаются вентилем 9. Экспериментальные результаты заносятся в таблицу 2.6.
Таблица 2.6. – Данные по определению гидравлического сопротивле-
ния сухой насадки
№ п/п
Атм. давл.,
Па
Манометр 4, м Манометр 5, Па
1
2
3
4
5
После этого исследуют гидравлическое сопротивление орошаемой насадки. Для этого верх колонки орошают водой, подаваемой через ротаметр 7 и регулируемой краном 8. Перепады давления на орошаемой насадке определяются при тех же значениях расхода, что и
для сухой насадки, но при нескольких значениях расхода воды. Полученные результаты приводятся в виде таблицы 2.7.
49
Таблица 2.7. – Результаты измерений при орошаемой насадке
№ п/п Ротаметр 7, VВ,
м3/с
Манометр 4, h, м
Манометр 5, ∆Р,
Па
1
2
3
4
5
Обработка и обсуждение результатов
1. Расход воздуха определяют по уравнению
= α⋅f⋅(2g⋅h⋅ρЖ/ρ)
V
1/2
,
где V – расход воздуха, м3/с ; α – коэффициент расхода диафрагмы; f –
площадь сечения диафрагмы, м2; h – перепад (разность) уровней в
дифманометре 4, м; ρЖ – плотность жидкости в дифманометре, кг/м3;
ρ – плотность воздуха, кг/м3.
2. Действительная скорость газа в насадке опредляется по соот-
ношению
W = V/SСВ ,
где SCВ – свободное сечение насадки, м2, оно равно
где S
SCВ=S
– площадь поперечного сечения колонки, м2; ε – доля сво-
ОБЩ
ОБЩ
⋅ε
бодного сечения.
3. Для определения плотности орошения U используют соотно-
шение
– расход воды на орошение, м3/с.
где V
В
U = VВ/S
ОБЩ
,
4. Полученные данные приводятся в виде таблицы 2.8.
Таблица 2.8. – Результаты экспериментов
№ п/п Расход возду- Скорость Расход воды
50
Плотность
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]