Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Физико-химические методы очистки газов (лабораторный практикум)
.pdf
ха V, м3/с воздуха W,
VВ , м3/с орошения,
м/с
1
2
3
4
5
5. По данным таблиц 2.6-2.8 строят графики в координатах
lg∆P = f(lgW) для сухой и орошаемой насадки.
6. Учитывая, что гидравлическое сопротивление орошаемой на-
садки для сложного режима описывается уравнением
м3/(м2⋅с)
[(∆Р
ОР
–∆Р
СУХ
)/∆Р
] = К⋅Um,
СУХ
преобразуют это соотношение логарифмированием и получают линейную зависимость в виде
lg[(∆PОР–∆Р
СУХ
)/∆Р
] = lgK + m⋅lgU.
СУХ
Отложив в логарифмическом масштабе экспериментальные
данные как зависимость lg[(∆PОР–∆Р
СУХ
)/∆Р
] от lgU можно найти
СУХ
значения К и m для различных гидродинамических режимов.
2.4.3. Исследование поглощения аммиака водой
из АВС в насадочном абсорбере
Цель работы — практическое знакомство с работой насадочного
абсорбера и выявление зависимости показателей, характеризующих
его эффективность, от гидродинамических условий на примере абсорбции аммиака водой.
Описание установки
Основным элементом лабораторной установки (рис. 2.3) является стеклянный абсорбер 1, наполненный стеклянной насадкой в виде
колец 12×1
2/м3
м
. Свободный объем насадки равен 0,81 м3/м3. В верхней части
2×1,5 мм. Удельная поверхность насадки составляет 315
абсорбера расположены каплеотбойник 2 и распределитель воды (абсорбента) 3.
51
Рис.2.3. - Лабораторная установка с насадочным абcорбером
Абсорбер снабжен дифманометром 4, служащим для измерения
сопротивления насадки. Абсорбент поступает из напорной емкости 5.
Расход воды измеряется ротаметром 6 или мерником 7 и регулируется
краном 8.
Для приготовления АВС аммиак из баллона подается с помощью редуктора, проходит через кран 9, реометр 10 и поступает в смеситель 11. Необходимый объем воздуха в смеситель поступает через
кран 12 и реометр 13. Полученная АВС проходит через реометр 14 и
через кран 15 поступает в нижнюю часть абсорбера. Периодически
часть АВС с помощью крана 17 и реометра 18 отбирается на анализ.
Выброс АВС в тягу осуществляется с помощью крана 16. После
абсорбера очищенный газ на анализ подается с помощью крана 19 и
реометра 20. Выброс очищенного газа в тягу осуществляется с помощью крана 21. Уровень воды в нижней части абсорбера регулируется
52
с помощью кранов 23 и 24.
Методика проведения эксперимента
1. Включить вентиляцию и убедиться в нормальной ее работе.
Концы шлангов, идущих от кранов 16 и 21 поместить в отсос местной
вентиляции.
2. Подать водопроводную воду в напорную емкость 5 и отрегулировать поток кранами 16 и 24 (кран 10 закрыт) таким образом, чтобы количество поступающей в емкость воды было равно количеству
воды, вытекающей из емкости.
3. Включить воздуходувку и при открытых кранах 15 и 13 и закрытых 16 и 17 постепенно воздух подать в абсорбер. По реометрам 7
и 8 установить расход, необходимый для получения заданной линейной скорости.
4. Измерить по дифманометру 4 и записать сопротивление сухой
насадки Р
.
С
5. С помощью кранов 16 и 21 установить заданный расход воды
на абсорбер. Затем измерить и записать сопротивление смоченной насадки РМ .
6. Наладить подачу расчетного объема аммиака с помощью крана 11 и реометра 6 в смеситель 5 для получения АВС заданной концентрации. После этого в абсорбер поступает не воздух , а АВС и начинается процесс абсорбции аммиака водой.
7. Подсоединить поглотитель аммиака с 0,1N раствором серной
кислоты к расходомеру 23 и краном 14 установить расход АВС на
анализ в пределах 100-150 см3/мин. Определить аналитически фактическую концентрацию С'Г (г/м3) аммиака в АВС, подаваемой на абсорбцию.
8. Подсоединить поглотитель к реометру 19, переключить кран
18 и определить аналогичным путем концентрацию аммиака С'Г (г/м3)
в газе, выходящем из абсорбера.
9. Для определения концентрации аммиака в поглотителе после
абсорбции отобрать пробу из крана 26 и оттитровать ее 0,1 N раствором серной кислоты. Одновременно измерить и записать температуру
поглотителя.
0. Выполнить серию измерений Р
1
, С'Г , С"
М
и СЖ при режи-
Г
мах, указанных преподавателем.
11. По окончании экспериментальной части работы сначала
прекратить подачу аммиака, затем воды и воздуха. После этого выключить тягу, слить воду из напорной емкости 5.
53
Запись результатов эксперимента осуществляется в виде таблиц
2.2.–2.4, представленных в лабораторной работе 2.4.
Обработка и обсуждение результатов
Экспериментальные результаты используются для расчета коэффициентов массопередачи К, КV , КS и показателей, характеризующих эффективность работы абсорбера:
коэффициент извлечения примеси ϕ = (YH–YK)/(YH–Y*H); (2.17)
степень насыщения абсорбента η = (ХН–ХК)/(Х*Н–ХК); (2.18)
степень абсорбции α = (YH–YK/YH)⋅100%. (2.19)
Предварительно рассчитываются масса поглощенного аммиака
и средняя движущая сила абсорбции. Результаты расчетов сводятся в
таблицу, аналогичную табл. 2.5. Затем строятся графики зависимости
коэффициента извлечения и степени насыщения от условий эксперимента.
.4.4. Гидродинамика и массопередача в пенном абсорбере
2
Введение. Пенный способ поглощения примесей из газовых потоков основан на принципе создания высокоподвижной пены из взаимодействующих газовой и жидкой фаз. Развитая поверхность межфазного контакта и высокая турбулентность потоков, а также малое
сопротивление диффузии реагентов приводят к тому, что массо– и
теплопередача в пенных аппаратах протекают в десятки раз интенсивнее, чем в абсорберах насадочного типа. Устойчивое пенообразование
при пропускании газа через слой поглотителя происходит при скорости газа 0,5–1,0 м/с. Однако наиболее приемлемая область проведения
абсорбции в пенном режиме находится в интервале WГ = 1–3 м/с. Для
создания пенного режима необходимо, чтобы отношение объемов подаваемых в абсорбер газа и жидкости было больше 50:1. На практике
обычно такое соотношение приближается к (200–500):1.
В пенных абсорберах реализуется перекрестный ток. Для этого
случая средняя движущая сила определяется по уравнению
∆Y
={[(YH–Y*H)–(YH – Y*K)]/ln[(YH –Y*H)/(YH –Y*K)]} – (YH –YK)/2 (2.20)
СР
Характеристиками пенного абсорбера являются:
коэффициент полезного действия тарелки
54
степень абсорбции
η = YH – YK/YH – Y*СР; (2.21)
α = (YH – YK/YH)⋅100%, (2.22)
где Y*
– концентрация примеси в газе, равновесная со средней ее
СР
концентрацией в поглотителе.
Цель работы – ознакомление с принципами работы однополочного пенного абсорбера и изучение влияния гидродинамических условий на поглощение аммиака водой из АВС.
Описание установки
Основным аппаратом лабораторной установки (рис. 2.4) является пенный абсорбер 1 с пеногасителем 2. Абсорбер снабжен манометром 3 и дифманометром 4.
Пенный абсорбер переливного типа представляет собой разъемную стеклянную колонку, разделенную решеткой на две части: надрешеточную (сменную) и подрешеточную, между которыми зажата
решетка. Характеристики абсорбера следующие: высота – 600 мм,
внутренний диаметр – 35 мм, высота порога слива – 40, 70 и 100 мм,
ширина порога слива – 30 мм, диаметр отверстий решетки – 1,0 мм,
шаг отверстий – 5мм, число отверстий – 46.
Поток АВС создается путем смешения в смесителе 5 потоков
аммиака, подаваемого из баллона через редукционный вентиль и измеряемого расходомером 6, и воздуха, подаваемого через кран 22 и
расходомер 7. Затем АВС через расходомер 8 и кран 13 направляется в
абсорбер.
55
Рис. 2.4. - Принципиальная схема установки с пенным
абсорбером
Абсорбент (вода) из водопровода через кран 21 направляется в
напорную емкость 9 постоянного уровня, откуда через кран 16 и расходомер 22 подается в абсорбер. Избыток воды из емкости сливается в
канализацию. Концентрация аммиака в исходном и очищенном АВС
определяется периодически путем отбора проб на анализ через расходомеры 23 и 19. Дифманометр 4 и манометр 3 служат для определения
перепада давления на сухой решетке и сопротивления пенного слоя.
Методика и порядок проведения эксперимента
Данная работа предусматривает определение гидродинамических характеристик пенного абсорбера. В ходе работы измеряется сопротивление сухой тарелки и тарелки со слоем пены ∆Р при разных
значениях расхода поглотителя V
и газового потока VГ, а также вы-
Ж
сота пены Н. Затем определяется концентрация аммиака в газе до и
после абсорбции (соответственно С'
и С"Г) и концентрация аммиака в
Г
поглотителе СЖ.
1. Включить вентиляцию. Концы шлангов, соединенных с кра-
56
нами 15 и 17, а также после анализаторов, поместить в отсос местной
∆
∆
Р, Па (мм
,
,
∆
вентиляции.
2. С помощью крана 21 подать воду из водопровода в напорную
емкость 9.
3. При открытых кранах 13 и 17 и закрытых 14, 15 и 18 постепенным открыванием крана 22 подать воздух в систему и по реометру
7 установить расход VВ , необходимый для получения заданной ли-
нейной скорости. Затем дифманометром 4 измерить сопротивление
сухой тарелки ∆РС при заданных величинах линейной скорости газа
WГ в интервале 0,8-3 м/с.
4. Открыть краны 27 и 24 и осторожным движением крана 16
подать воду в абсорбер и установить заданный ее расход в пределах
0,1-0,5 л/мин. При каждом значении расхода жидкости VЖ определить
суммарное сопротивление тарелки ∆Р и высоту пенного слоя Н. Измерения повторить при заданных значениях V
. Результаты измерений
Г
занести в табл. 2.9. После определения гидродинамических данных
перейти к изучению процесса абсорбции аммиака водой из АВС.
5. С помощью крана 11 и расходомера 6 установить расход аммиака таким образом, чтобы расчетная концентрация находилась в
пределах заданного ее значения.
6. Аналитически определить фактическую концентрацию аммиака С'Г (г/м3) в АВС, поступающей на абсорбцию. Для этого подсоединить поглотитель с 0,1 N раствором серной кислоты к реометру
23 и краном 14 установить расход газа 0,1–0,15 л/мин.
Таблица 2.9. – Результаты измерений экспериментальных данных
№
опы-
та
VВ,
л/мин
VЖ,
см3/мин
РС, Па
(мм вод.
ст.)
вод. ст.)
Н,
мм
W
м/с
W
Г
ξ
0
м/с
1
2
3
4
5
7. С помощью крана 18 и реометра 19 аналогично провести анализ концентрации аммиака в выходящем газе С"Г .
57
Рn,
Па
8. Определить концентрацию аммиака в жидкости после аб-
K
H
K
сорбции СЖ путем титрования пробы, отобранной из крана 20 раствором серной кислоты концентрации 0,1N. Параллельно измерить и записать температуру абсорбента.
9. Выполнить серию измерений С'Г , С"Г и СЖ при режимах, определенных в задании. Полученные результаты представить в виде
таблиц 2.2–2.4 (см. лаб. работу 2.4.1).
10. Прекратить подачу аммиака, затем воды и воздуха и выключить тягу.
Обработка и обсуждение результатов эксперимента
По результатам измерения сопротивления сухой тарелки ∆РС
определить коэффициент сопротивления тарелки ξ:
∆Р
= ξ⋅W
С
/2 , (2.22)
0
2
где W0—скорость газа в отверстиях решетки, м/с.
Суммарное гидравлическое сопротивление тарелки ∆Р складывается из сопротивления сухой тарелки ∆РС и сопротивления пенного
слоя ∆Рn , откуда по экспериментальным данным следует найти ∆Рn и
построить график зависимости этой величины от скорости газа WГ.
По полученным результатам рассчитывают коэффициент массопередачи KV, отнесенный к единице объема насадки V, или КS , отнесенный к единице сечения абсорбера S. Между ними существует следующее соотношение
КV = КS⋅(S/V), (2.23)
Результаты расчетов сводятся в табл. 2.10.
Таблица 2.10. – Обработка результатов измерений
№ опыта МГ,
кг/ч
МЖ,
кг/ч
М,
YH Y*H YK Y*
кг/ч
XH X*
XK X*
1
2
3
4
5
58
По полученным данным строятся графики зависимости КV и KS
от W
Н и VЖ .
Г,
2.5. Абсорбционно-каталитический метод окисления
диоксида серы в серный ангидрид на пиролюзите
Введение. Пиролюзит представляет собой минерал, состоящий в
основном из МnO2. Богатейшие месторождения его находятся в Закавказье и на Южной Украине. Содержание МnO2 в приолюзите различных месторождений колеблется от 50 до 95%. Примесями являются
кремнезем, оксиды железа, оксид алюминия, оксид бария и др.
Пиролюзит поступает потребителю в виде мелких зерен и находит широкое применение в металлургической и химической промышленности. Обычно в химической промышленности используется пиролюзит с содержанием МnO
не менее 72%, называемый β–МnO2.
2
Молекулярная масса такого пиролюзита составляет 86,94, плотность—5,026 г/см3. Он не растворяется в воде, но хорошо растворяется в соляной кислоте при кипячении. В горячей серной кислоте пиролюзит растворяется очень медленно. Соединения Мn+4, к которым относится пиролюзит, являются сильными окислителями. При нагревании с кислотами МnO2 не образует аквакомплексы Мn+4, а проявляет
окислительные свойства. Например, он окисляет концентрированную
соляную кислоту по следующей реакции:
MnO2 + 4HCl → MnCl2 + Cl2 + 2H2O.
Пиролюзит также окисляет СО в СО2 и SO2 в SO3 .
Окисление диоксида серы в серный ангидрид на пиролюзите
протекает в среде разбавленной серной кислоты. Реакцию окисления
можно представить в виде следующих уравнений:
MnO2 + MnSO4 + 2H2SO4 → Mn2(SO4)3 + 2H2O, (2.24)
(SO4)3 + SO2 + H2O → 2H2SO4 + 2MnSO4, (2.25)
Mn
2
2MnSO
+ O2 + SO2 ·→ Mn2(SO4)3. (2.26)
4
Регенерация MnО2 осуществляется окислением образующегося
в ходе реакции MnSO4 воздухом или кислородом в растворе Н2SO4:
59
6MnSO4 + 2O2 → 2Mn2(SO4)3 + 2MnO2 .
Основной реакцией в процессе окисления диоксида серы в серный ангидрид является реакция (2.25).
Рассмотренные реакции приняты за основу метода очистки выбрасываемых в атмосферу газов от диоксида серы на одном из отечественных нефтеперерабатывающих заводов. При концентрации диоксида серы в потоке 0,15-0,25% степень очистки достигает 85-90%.
Процесс осуществляется с применением разбавленной серной кислоты
концентрации 5-25%.
Цель работы – освоение методики очистки газов от диоксида
серы на пиролюзитном катализаторе.
Описание установки
Лабораторная установка для окисления SO
в SO3 на пиролюзите
2
в разбавленном растворе серной кислоты состоит из колонки для
осушки воздуха 1, колонки для проведения реакции 2 и двух реометров 3 и 4 для измерения расхода воздуха и диоксида серы (рис. 2.5).
Рис. 2.5. - Установка для окисления диоксида серы в сер-
ный ангидрид на пиролюзите: 1 и 2 – колонки; 3 и 4 – рео-
метры; 5 – смеситель газов
Методика и порядок проведения эксперимента
Установку для окисления диоксида серы в серный ангидрид на
пиролюзитном катализаторе необходимо собрать в вытяжном шкафу.
60
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]