(14)

де Е(г) і Е(р) - ККД, по Морфі, відповідно по газовій і рідкій фазах;

у*, х* - концентрація компоненту в газі (рідині), рівноважна з концентрацією рідини (газу), що виходять з тарілки, кмоль/кмоль.

Тарілка, яка працює з ефективністю, рівній одиниці, називається теоретичною. В даному випадку досягається рівновага потоків рідини і газу, що виходять з тарілки. Насправді ефективність контактної сходинки, як правило, менша одиниці із-за впливу різних факторів (повздовжнього перемішування рідини на тарілці, міжтарілчастого виносу рідини, провалу і т.п.)

Число тарілок в апараті можна розрахувати аналітично (послідовно визначаються концентрації компоненту в потоках від тарілки до тарілки до досягнення необхідної степені витягу) або графічно (будується ламана лінія між рівноважною і робочою лініями). В обох розрахунках повинна бути відома ефективність кожної ступені контакту.

4. ОПИС УСТАНОВКИ І ПОРЯДОК ПРОВЕДЕННЯ РОБОТИ

Лабораторна установка (рис. 2) включає два паралельно працюючих абсорбери - тарілчастий 3 з п'ятьма ситчастими тарілками і насадочний 14 зкільцями Рашинга 25х25хЗ мм. Діаметр абсорберів 0,1 м, висота насадки 1 м.

Крім абсорберів установка обладнана допоміжним обладнанням: змішувач гарячої і холодної води 4, термометр 5 для заміру температури води перед напірним баком 6, повітродувку (вентилятор) 18 з регулятором напруги 19, вимірювальні пристрої для заміру витрат. Повітря вимірюється діафрагмою 17 з дифманометром 12; рідина (вода) - ротаметром 9; СО2 – ротаметром 2. З допомогою газоаналізатора 10 контролюється концентрація СО2 у повітрі перед входом його в абсорбери. Вентилями 7, 8 регулюється розхід води; заслінки 15, 16 служать для відключення подачі газо-повітяної суміші в абсорбери; в балоні 1 міститься СО2. Дифманометрами 11, 13 заміряють перепади тиску.

Маховики вентилів, контрольно-вимірювальні і допоміжні прилади, ротаметри, U-подібні манометри, регулятор напруги повітродувки, вимикачі і газоаналізатор винесені на щит управління. Абсорбери повинні працювати почергово: якщо досліди проводяться на насадочному абсорбері, тарілчастий відключається і навпаки.

При роботі з насадочною колоною в напірному баці 6 з допомогою змішувача гарячої і холодної води 4 встановлюють температуру води, рівну температурі навколишнього середовища. Регулюючи розхід води вентилем 8, на зрошення абсорбера подають (70 - 100)-10-3 м3/год води (вентиль 7 повинен бути при цьому закритий). Включають повітродувку (вентилятор) 18, відкривши попередньо заслінку 15 (заслінка 16 закрита) і встановлюють розхід повітря 20 - 25 м3/год. Після виходу колони на режим відкривають вентиль на балоні 1 з СО2 і редукційним вентилем встановлюють розхід так, щоб його концентрація в повітрі складала 3-4 мол. % (розрахунковим шляхом або за показниками газоаналізатора 10). Через 2 – З хв. роботи абсорбера відбирають проби рідини (0,2-10-3м3) внизу колони для аналізу на вміст СО2 (методика аналізу розміщена на стенді). Після закінчення досліду відключають насадочну колону, послідовно закриваючи подачу СО2, води і повітря.

Порядок проведення дослідів на тарілчастій колоні такий самий, як і для насадочної колони, за виключенням робочих навантажень, які для рідини (води) складають (45 - 50)-10-3м3/год; для газу ~ 14 - 20 м3/год (візуально спостерігають за пінним режимом взаємодії). Заслінка 16 і вентиль 7 повинні бути відкриті (заслінка 15 і вентиль 8 закриті). Проби рідини для аналізу на вміст в ній СО2 відбирають з однієї з тарілок (нижньої).

Рис. 2. Схема установки для вивчення процесу абсорбції:

1 - балон; 2, 9 - ротаметри; 3 - тарілчастий абсорбер; 4 - змішувач; 5 - термометр; 6 - напірний бак; 7, 8 - вентилі; 10 - газоаналізатор; 11, 12, 13 - дифманометри; 14 - насадочний абсорбер; 15, 16 - заслінки; 17 - діафрагма; 18 - повітродувка; 19 - регулятор напруги.

При дослідженнях в насадочній колоні в координатах у-х будують рівноважну лінію процесу абсорбції СО2 водою за формулою (2) (температура кімнатна, тиск атмосферний, коефіцієнт Генрі знаходять по таблиці VI додатку). Визначають концентрацію СО2 в рідині на виході із апарату (хk) (методика визначення приводиться на стенді) і, прийнявши хn = 0, із рівняння матеріального балансу (4) знаходять yk. Через точки з координатами (хn, уk) і (xk, уn) проводять пряму (робочу лінію). Розраховують середню рушійну силу процесу по формулі (3) або (4). Визначають об'ємний коефіцієнт масопередачі по формулі (7) або (8), висоту зони контакту еквівалентну одиниці переносу (11) або (12) і число одиниць переносу.

При дослідженнях в тарілчастій колоні визначають концентрацію СО2 в рідині на виході із нижньої тарілки і по формулі (4) визначають концентрацію СО2 в газовій фазі, яка виходить із тарілки (уk), приймаючи хn = 0. Розраховують ефективність тарілки по формулі (14) (рівноважну концентрацію визначають по формулі (2)).

Звіт про роботу повинен містити:

- мету і опис роботи;

- схему лабораторної установки;

- таблицю виміряних і розрахованих величин.

Контрольні питання

1. В чому полягає процес абсорбції?

2. Що являється рушійною силою процесу абсорбції?

3. Як розрахувати середню рушійну силу процесу в абсорбері?

4. В яких випадках рівноважна лінія може виражатися прямою?

5. Від чого залежить рівновага процесу абсорбції? Яким законом описується рівновага?

6. Чому в абсорбційних колонах завжди застосовується протитечійний рух фаз?

Література

1 Касаткин А.Н. Основные процессы и аппараты химической технологии - М.: Химия, 1973.

2. Руководство к практическим занятиям в лаборатории процессов й аппаратов химической технологии /Под ред. чл.-корр АН СССР П.Г. Романкова - Л.: Химия, 1990.

3. Процессы и