Wydział Chemiczny

Izotermiczna adsorpcja okresowa w układzie ciało stałe - ciecz

Laboratorium inżynierii chemicznej

Grupa 2

(TCC3055l)

Czwartek 8:15-11:00

Opracował:

Dariusz Łozak

Składowe			Punktacja
I	Opracowanie arkusza wyników (schemat aparatury, metodyka badań, wyniki badań), oznaczenia		(0-5), min. 2
II	Przykład obliczeniowy		(0-5), min. 3
III	Wnioski		(0-5), min. 2
∑
Punkty	Ocena
< 8 8 - 9 10 11-12 13 14 15	2.0 3.0 3.5 4.0 4.5 5.0 5.5

Wrocław, 20.05.2006

Oznaczenia stosowane w poniższych wzorach:

				pole powierzchni		m^2
				aktywność złoża adsorbenta		kg/m^3
				aktywność równowagowa		kg/kg złoża
				aktywność równowagowa		kg/m^3
				stężenie składnika w cieczy wylotowej	kg/m^3
				stężenie równowagowe do aktywności	kg/m^3
				początkowe stężenie p-ksylenu w próbce		kg/m^3
				średnica wewnętrzna kolumny		m
				wysokość warstwy złoża adsorbenta		m
				wysokość frontu adsorpcji		m
				wysokość złoża adsorbenta		m
				współczynnik przenikania masy		1/s
				współczynnik załamania światła substancji w temperaturze pokojowej		-
				czas przepływu określonej ilości cieczy		s
				objętość		ml
				objętościowe natężenie przepływu		m^3/s
				Prędkość cieczy odniesiona do całego pola przekroju poprzecznego warstwy złoża adsorbenta
indeksy dolne
	0,05			odnosi się do 5% wartości wielkości
	0,95			odnosi się do 95% wartości wielkości
	a			odnosi się do całkowitego czasu adsorpcji
	d			dotyczy aktywności dynamicznej
	k			dotyczy kolumny
nadpisania
	.			strumień wielkości		1/s

symbole greckie
		współczynnik symetrii	-
		gęstość wypełnienia kolumny	kg/m^3
		czas	s

1. Cel ćwiczenia

Celem ćwiczenia jest wyznaczenie wartości współczynnika przenikania masy i aktywności dynamicznej warstwy złoża w kolumnie, w której zachodzi izotermiczna adsorpcja okresowa jednego ze składników mieszaniny ciekłej.

2. Aparatura

Schemat instalacji badawczej został nakreślony na rysunku 1 w załączniku A.

3. Metodyka badań

Badania zostały wykonane zgodnie z metodyką zawartą w załączniku A.

4. Wyniki badań

Wyniki badań zostały zgromadzone w tabeli 1 w załączniku A.

5 Metodyka obliczeń:

5.1 Obliczanie prędkości liniowej cieczy w kolumnie:

a) natężenie przepływu obliczone zostało na podstawie danych doświadczalnych ze wzoru:

(1)

b) prędkość liniową obliczam z wykorzystaniem objętościowego natężenia przepływu dla pola przekroju kolumny dla danej wartości odczytanej z tablicy A_k=0,002106:

(2)

5.2 Obliczanie wartości stężenia C na podstawie zmierzonych wartości współczynnika załamania światła:

(3)

5.3 Wyznaczanie wykresu krzywej wyjściowej C/C₀ w funkcji czasu:

a) początkowe stężenie p-ksylenu w próbce obliczono ze wzoru :

(4)

b) po wyznaczeniu stosunku C/C₀ wyznaczam krzywą wyjściową i obliczam pola A₁ i A₂:

Wykres	1	Wykres krzywej wyjściowej f(τ)=C/C0

5.4 Obliczanie współczynnika symetrii w zakresie zmian czasu τ _(0,05) - τ _(0,95):

(5)

5.5 Obliczanie wysokości frontu adsorpcji:

(6)

5.6 Wyznaczenie wykresu izotermy adsorpcji wraz z linią operacyjną o punktach skrajnych postaci (0,0) i (C₀,a^*_(Co)):

a) aktywność równowagową dla stałych A=2,453^.10^-3 i B=5,002^.10^-3 obliczona została z równania Langmuir'a:

(7)

b) aktywność złoża obliczyłem ze wzoru:

(8)

Wykres	2	Wykres izotermy równowagowej a^*(C) i linii operacyjnej a(C)

5.7 Obliczanie współczynnika przenikania masy korzystając z równań izotermy równowagowej i linii operacyjnej:

b) graficzne rozwiązanie całki
:

Wykres	3	Wykres zależności wyrażenia 1/(C-C^*(a)) od stężenia C

gdzie C^*_(a) obliczono korzystając z równań izotermy równowagowej i linii operacyjnej wg następującego schematu:

dla

b) współczynnik przenikania masy obliczony został ze wzoru:

(9)

5.8 Obliczanie aktywności dynamicznej złoża:

a) graficzne rozwiązanie całki
:

Wykres	4	Wykres zależności stężenia składnika na wylocie od czasu

e) aktywność dynamiczną złoża obliczona została ze wzoru:

(10)

Wyniki obliczeń przeprowadzonych powyżej zostały zabrane w tabelach:

Tabela	1.	Wyniki obliczeń
3,125·10^-7		1,484·10^-4	81,6328		0,3792		0,5363	0,0061367	71,20008
Tabela	2.	Wyniki obliczeń
1,3801		0,0000		0,00000		0,000000		0,000000
1,3802		0,6092		0,00746		0,001490		0,847712
1,3808		4,2644		0,05224		0,010242		5,827757
1,3810		5,4828		0,06716		0,013090		7,448385
1,3812		6,7012		0,08209		0,015905		9,049900
1,3812		6,7012		0,08209		0,015905		9,049900
1,3813		7,3104		0,08955		0,017300		9,843595
1,3826		15,2300		0,18657		0,034715		19,752616
1,3842		24,9772		0,30597		0,054464		30,990299
1,3848		28,6324		0,35075		0,061436		34,957312
1,3867		40,2072		0,49254		0,082114		46,722766
1,3882		49,3452		0,60448		0,097082		55,239449
1,3890		54,2188		0,66418		0,104624		59,531250
1,3901		60,9200		0,74627		0,114535		65,170609
1,3914		68,8396		0,84328		0,125611		71,472739
1,3919		71,8856		0,88060		0,129699		73,798847
1,3921		73,1040		0,89552		0,131309		74,714758
1,3921		73,1040		0,89552		0,131309		74,714758
1,3924		74,9316		0,91791		0,133697		76,073398
1,3930		78,5868		0,96269		0,138378		78,737184
1,3932		79,8052		0,97761		0,139911		79,609643

Tabela	3.	Wyniki obliczeń
0,000			0,0000	1,7532	1,3241	-0,2230	4,4837
0,500			0,4988	1,7448	1,3209	0,1541	2,8913
1,000			0,9976	1,7364	1,3177	0,5322	2,1377
2,000			1,9952	1,7197	1,3114	1,2911	1,4106
3,000			2,9928	1,7029	1,3049	2,0537	1,0568
4,082			4,0718	1,6848	1,2980	2,8828	0,8341	< 0,05C0
5,000			4,9880	1,6694	1,2920	3,5903	0,7093
6,000			5,9856	1,6526	1,2855	4,3643	0,6114
7,000			6,9832	1,6359	1,2790	5,1423	0,5383
8,000			7,9808	1,6191	1,2724	5,9243	0,4818
10,000			9,9760	1,5856	1,2592	7,5005	0,4001
12,000			11,9712	1,5521	1,2458	9,0935	0,3441
14,000			13,9664	1,5185	1,2323	10,7037	0,3034
18,000			17,9568	1,4515	1,2048	13,9785	0,2487
22,000			21,9472	1,3845	1,1766	17,3298	0,2141
26,000			25,9376	1,3174	1,1478	20,7633	0,1910
30,000			29,9280	1,2504	1,1182	24,2852	0,1750
38,000			37,9088	1,1163	1,0566	31,6247	0,1569
46,000			45,8896	0,9822	0,9911	39,4199	0,1520
54,000			53,8704	0,8481	0,9209	47,7679	0,1605
58,000			57,8608	0,7811	0,8838	52,1900	0,1721
62,000			61,8512	0,7141	0,8450	56,8063	0,1925
66,000			65,8416	0,6470	0,8044	61,6449	0,2296
68,000			67,8368	0,6135	0,7833	64,1583	0,2603
70,000			69,8320	0,5800	0,7616	66,7413	0,3069
72,000			71,8272	0,5465	0,7392	69,4002	0,3846
73,000			72,8248	0,5297	0,7278	70,7602	0,4465
74,000			73,8224	0,5130	0,7162	72,1419	0,5382
75,000			74,8200	0,4962	0,7044	73,5463	0,6879
76,000			75,8176	0,4794	0,6924	74,9747	0,9753
77,000			76,8152	0,4627	0,6802	76,4283	1,7492
77,550			77,3639	0,4535	0,6734	77,2390	3,2154	< 0,95C0
77,650			77,4636	0,4518	0,6721	77,3873	3,8064
77,750			77,5634	0,4501	0,6709	77,5358	4,6694

0

8

0,95

τ_(0,05)=618,1 s

τ_(0,95)=3510,3 s

τ_(0,95)

0,05

τ_(0,05)

A₁

F,L

A₁=987,113 m²

A₂=1615,894 m²

A₂

---