P O L I T E C H N I K A P O Z N A Ń S K A Wydział Technologii Chemicznej Instytut Technologii i Inżynierii Chemicznej Zakład Inżynierii i Aparatury Chemicznej
LABORATORIUM Z INŻYNIERII CHEMICZNEJ-OPERACJI ROZDZIELANIA ZAWIESIN
NAZWISKO I IMIĘ Sosnowska Karolina Strojna Joanna Wawrzyniak Marcin
Rok akademicki	Rok studiów	Nr ćwiczenia	Grupa
2006/07	III	9	A
Data oddania	Sprawdził	Zwrot	Ocena
26 IV 2007
TEMAT ĆWICZENIA Badanie oporów przepływu w kolumnie wypełnionej
UWAGI

1. Wprowadzenie.

Aparaty kolumnowe znajdują zastosowanie we wszystkich gałęziach przemysłu chemicznego i jemu pokrewnych. Prowadzone w nich procesy absorpcji, desorpcji, ekstrakcji, destylacji czy rektyfikacji stanowią podstawę technologii wytwarzania wielu produktów chemicznych. W przemyśle rafineryjnym i petrochemicznym kolumny stanowią większość aparatów w instalacjach technologicznych.

Kolumny są to zwykle zbiorniki cylindryczne o średnicach dochodzących do 10 m i wysokości do 50 m.

W konstrukcji kolumny możemy wyróżnić następujące podstawowe elementy:

• korpus

• wyposażenie wewnętrzne

• podparcie

W kolumnach z wypełnieniem znajduje się ruszt, na którym spoczywa wypełnienie: pierścienie Raschiga, pierścienie Białeckiego, siodełka Berla, siodełka Intalox, Polpak i inne. Przekrój swobodny rusztu powinien być co najmniej równy porowatości wypełnienia.

Ciecz płynąca do kolumny jest rozprowadzana na szczycie wypełnienia za pomocą zraszacza, tak aby już od góry kolumny zapewnić w miarę równomierne zraszanie elementów wypełnienia w całym przekroju poprzecznym. Płynący przeciwprądowo gaz spotyka się z cieczą spływającą po elementach wypełnienia, która absorbuje składniki absorpcyjne czynne zawarte w gazie. Nie zaabsorbowany gaz odpływa zazwyczaj przez odkraplacz umieszczony na szczycie kolumny. Zadaniem odkraplacza jest wydzielenie kropli cieczy porwanych przez gaz z wypełnienia. Odkraplaczem może być warstwa wypełnienia, warstwa siatek metalowych lub specjalne konstrukcje. W kolumnach podzielonych na sekcje każda z nich posiada swój ruszt nośny i półkę zraszającą. Wszystkie typy kolumn mogą być wyposażone w płaszcz grzewczy i izolację cieplną.

Kolumny wypełnione są aparatami najczęściej stosowanymi w procesach absorpcji. Pierwszym wypełnieniem, które znalazło zastosowanie w przemyśle były pierścienie Raschiga. Wypełnieniem mogą być pieścienie, kule, ziarna lub kawałki koksu, szamotu, kwarcu. Opracowano wiele kształtów takich elementów dających dużą powierzchnię kontaktu międzyfazowego. Odznaczają się one dużą powierzchnią jednostkową oraz dość dużą porowatością. Są to wydrążone walce o średnicy zewnętrznej równej wysokości. Mogą być wykonane z materiałów ceramicznych, metali, grafitu czy tworzyw sztucznych.

Dobre wypełnienie powinno odznaczać się kilkoma podstawowymi cechami, jak:

• dużą powierzchnią jednostkową

• dużą porowatością

• odpornością chemiczną na działanie cieczy i gazu

• małymi oporami przepływu

Powinno też zapewnić duże wartości współczynników wnikania masy w obu fazach.

2. Pomiary i obliczenia

Zestawienie wyników pomiarów przepływu jednofazowego powietrza

Lp.	Vg [m^3/h]	Vg[m^3/h]	gg [kg/s]	ΔP1 [Pa]	ΔP2 [Pa]	ΔP3 [Pa]	ΔP [Pa]
1	8,8	0,0024	0,1960	1	1	1	1,00
2	10,8	0,0030	0,2405	2	1	1	1,33
3	13,0	0,0036	0,2895	1	1	1	1,00
4	15,0	0,0042	0,3340	2	2	1	1,67
5	17,0	0,0047	0,3786	2	1	2	1,67
6	19,0	0,0053	0,4231	2,5	1	2	1,83
7	22,8	0,0063	0,5077	2,5	1,5	2	2,00
8	23,0	0,0064	0,5122	3	2,5	3	2,83
9	25,0	0,0069	0,5567	3,5	3,5	3	3,33
10	27,0	0,0075	0,6012	4,5	4,5	5	4,67
11	29,2	0,0081	0,6502	5,5	6	5	5,50
12	31,2	0,0087	0,6948	7,5	8	6	7,17
13	33,2	0,0092	0,7393	9	9,5	7	8,50

Zestawienie wyników pomiarów przepływu dwufazowego powietrze-ciecz

Lp.	Vg [m^3/s]	Vc [m^3/s]	ΔP1 [Pa]	ΔP2 [Pa]	ΔP3 [Pa]	ΔP [Pa]
1	0,0047	0,0001	1	-	-	1
2	0,0047	0,0001	1	-	-	1
3	0,0047	0,0002	2	-	-	2
4	0,0047	0,0002	3	-	-	3
5	0,0047	0,0003	4	-	-	4
6	0,0064	0,0001	-	5	-	5
7	0,0064	0,0001	-	6	-	6
8	0,0064	0,0002	-	7	-	7
9	0,0064	0,0002	-	8	-	8
10	0,0064	0,0003	-	10	-	10
11	0,0088	0,0001	-	-	14	14
12	0,0088	0,0001	-	-	16	16
13	0,0088	0,0002	-	-	19	19
14	0,0088	0,0002	-	-	31	31
15	0,0088	0,0003	-	-	46	16

Obliczono wartości modułów π₁ i π₂ dla różnych warunków przepływu ze wzorów:

π₁ = ( λ·a/4ε³ )·( w²/2ğ )·( ρ_g/ρ_c )·η_L^0,2

π₂ = ( g_c/g_g )· √ ( ρ_g/ρ_c )

Vg [m^3/s]	gg [kg/s]	gc [ kg/s]	π 1	π2
0,3786	0,0047	0,0001	0,0015	60
0,3786	0,0047	0,0001	0,0024	30
0,3786	0,0047	0,0002	0,0036	20
0,3786	0,0047	0,0002	0,0049	15
0,3786	0,0047	0,0003	0,0055	13
0,5122	0,0064	0,0001	0,0061	12
0,5122	0,0064	0,0001	0,0121	6
0,5122	0,0064	0,0002	0,0182	4
0,5122	0,0064	0,0002	0,0243	3
0,5122	0,0064	0,0003	0,0303	2
0,6948	0,0088	0,0001	0,0364	2
0,6948	0,0088	0,0001	0,0421	1
0,6948	0,0088	0,0002	0,0504	0,7

3. Wnioski

Ćwiczenie zostało przeprowadzone sprawnie i bez większych problemów. Na podstawie otrzymanych wyników przeprowadziliśmy odpowiednie obliczenia i wykreśliliśmy wymagane wykresy. Jak można zauważyc wraz ze wzrostem przepływu gazu rozwinięta powierzchnia wypełnienia stwarza coraz większy opór, co powodowało coraz większy spadek ciśnienia. Przy zwiększaniu przepływu fazy ciekłej dochodzimy do wartości, przy której następuje zachłystywanie i zalanie kolumny.

---