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, 3.06.2006

Oznaczenia:

	Strumień fazy ciekłej	kmol/s
	Strumień fazy gazowej	kmol/s
x	Ułamek CO2 w cieczy
y	Ułamek CO2 w gazie
	Równowagowy ułamek molowy CO2 w fazie ciekłej	-
y^*	Równowagowy ułamek molowy CO2 w fazie gazowej	-
Eg	Sprawność adsorbcji na półce sitowej dla gazu	-
Ec	Spawnośc adsorbcji na półce sitowej dla cieczy	-
C	Stężenie molowe	kmol/m^3
n	Liczność	kmol
M	Masa molowa	kg/kmol
ρ	gęstość	kg/m^3
	Strumień objętościowy	m^3/s
T	temperatura	K
p	ciśnienie	Pa
R	Stała gazowa	J/molK

Indeksy dolne:

p, k	Dotyczy wartości początkowej lub końcowej
c, g	Dotyczy fazy gazowej lub ciekłej

1. Cel ćwiczenia:

Celem ćwiczenia jest wyznaczenie sprawności adsorbcji na półce sitowej z przelewem w procesie adsorbcji dwutlenku węgla rozpuszczonego w wodzie, za pomocą strumienia powietrza, oraz określenie określenie parametrów operacyjnych na te sprawności.

2. Aparatura:

Schemat aparatury doświadczalnej został przedstawiony na rysunku 1 - załącznik A

3. Metodyka badań:

Metodyka badań została opisana w załączniku A

4. Wyniki pomiarów

Tabela I -wyniki pomiarów

	Natężenie przepływu powietrza [ działek]	Natężenie przepływu powietrza [m^3\h]	Czas odbioru 1 litra płynu [s]	Natężenie przepływu płynu [m^3/s]	Objętość HCl zużytego na zmiareczkowanie 10 ml produktu
1	35	25	29.5	3.39*10^-5	6.7
2	45	30	29.5	3.39*10^-5	7.8
3	55	35	29.5	3.39*10^-5	8.5
Surowiec I					2.5
Ba(OH)2									7.8

5. Metodyka obliczeń- przykład obliczeń

Obliczenia zostały wykonane dla pomiaru pierwszego

1. Miano Ba(OH)₂ obliczono uwzględniając stechiometrię reakcji:

Ba(OH)₂ + 2HCl = BaCl₂ + 2H₂O

1. liczność Ba(OH)₂ obliczono z zależności:

(1)

2. stężenie Ba(OH)₂ obliczono ze wzoru:

[kmol/m³] (2)

1. Obliczanie ułamków molowych CO₂ w fazie ciekłej:

1. Początkowy ułamek molowy:

1. liczność CO₂ obliczono z zależności:

(3)

2. stężenie początkowe CO₂ obliczono ze wzoru:

[kmol/m³] (4)

3. początkowy ułamek molowy obliczono z zależności:

[
] (5)

1. Końcowy ułamek molowy:

a) liczność CO₂ obliczono z zależności:

(6)

2. końcowe stężenie CO₂ obliczono ze wzoru:

[kmol/m³] (7)

3. końcowy ułamek molowy obliczono z zależności:

[
] (8)

1. Ułamek molowy CO₂ w fazie gazowej

1. Strumień cieczy obliczono z zależności:

[kmol/s] (9)

2. Strumień gazu obliczono ze wzoru:

[ kmol/s] (10)

3. ułamek molowy CO₂ w fazie gazowej obliczono z zależności:

[-] (11)

1. Obliczanie sprawności desorpcji na półce sitowej dla fazy gazowej

a) Ułamek równowagowy CO₂ w fazie gazowej obliczono z zależności:

[-] (12)

3. Sprawność desorpcji dla fazy gazowej obliczono z zależności:

(13)

1. Obliczanie sprawności desorpcji na polce sitowej dla fazy ciekłej

1. Ułamek równowagowy CO₂ w fazie ciekłej obliczono z zależności:

(14)

2. Sprawność desorpcji dla fazy ciekłej obliczono ze wzoru:

(15)

Tabela II - Wyniki obliczeń

Cp [kmol/m^3]	xp	Ck [kmol/m^3]	xk	L [kmol/s]	Vg [kmol/s]	yk	yk^*	xk^*	Eg	Ec
0.0106	1.908	0.0022	3.96	1.883	0.2889	5.475	0.2711	0	2.02	0.7925
0.0106	1.908	0	0	1.883	0.3465	5.76	0.2711	0	2.12	1
0.0106	1.908	-0.0014	-2.5	1.883	0.4043	5.589	0.2711	0	2.06	1.131

Wykres 1 - zależność Eg od strumieni objętości gazu.

Wykres 2- zależność Ec od strumieni objętości gazu

1. Omówienie wyników i wnioski

1. Podstawy teoretyczne

Półki sitowe z przelewami stanowią jeden z rodzajów zabudowy przestrzeni

czynnej w kolumnowych wymiennikach masy. Występują więc jako elementy

konstrukcyjne w aparatach do procesów dyfuzyjnego rozdziału mieszanin. Ich

zadaniem jest wytwarzanie jak największej powierzchni międzyfazowej i generowanie

odpowiednio wysokiego poziomu tubulencji w strumieniach przepływających faz.

Półki sitowe najczęściej wykonywane są z blachy stalowej,

a średnica ich otworów przyjmuje wartości z przedziału 2÷8 mm. Parametrami

charakterystyki półek sitowych z przelewami są: średnica otworów, odstęp między

otworami, stosunek pola powierzchni otworów do pola powierzchni półki, wysokość

przelewu, długość przelewu, długość drogi cieczy na półce.

W procesie desorpcji na półkę dopływają przeciwprądowo strumienie fazy ciekłej

(ciecz z rozpuszczonym gazem) i gazowej (gaz desorbujący). Wynikiem ich kontaktu

jest międzyfazowy transport rozpuszczonego składnika gazowego, co objawia się

spadkiem jego stężenia w cieczy i wzrostem w gazie.

Dla zadanych początkowych stężeń substancji desorbowanej w obu strumieniach,

stężenia końcowe wynikają ze sposobu prowadzenia procesu i kinetyki

międzyfazowego transportu masy. Od konstrukcji półki sitowej i stosunku strumieni

faz zależy ich czas przebywania na półce. Im dłużej kontaktują się ze sobą obie fazy,

tym bardziej stężenia zbliżają się do wartości odpowiadających stanowi równowagi.

Najbardziej efektywny przebieg desorpcji uwidoczniłby się najniższą wartością

stężenia końcowego w cieczy i najwyższą wartością stężenia końcowego w gazie

Ze względu na to, że czas kontaktu faz na półce jest stosunkowo krótki, a szybkość

transportu masy ma skończoną wartość, zatem w aparatach rzeczywistych nie

dochodzi do stanu równowagi, a wymiana masy zachodzi z pewną sprawnością.

2. Wnioski

Na wykresach 1 i 2 zostały przedstawione zależności sprawności E_g i E_c od zmienianych strumieni objętości gazu. Analizując przedstawione powyżej zależności można dojść do wniosku, że E_g maleje ze wzrostem strumieni gazu, natomiast E_c rośnie. A więc wraz ze wzrostem natężenia przepływu gazu maleje stężenia składnika w cieczy a rośnie stężenie składnika w gazie. Zachodzi do zjawiska adsorpcji czyli wymiany masy. Doświadczalne określenie sprawności półki sitowej pracującej w aparacie wymiany masy w układzie gaz - ciecz (proces desorpcji CO₂) obarczone jest pewnym błędem. Niedokładne wyznaczenie miana zasady. Używania do odmierzania pipet o różnych pojemnościach oraz niedokładność miareczkowania pociąga za sobą błędy w późniejszych obliczeniach. Przeprowadzone doświadczenie zapoznało mnie z budową absorberów. Należy zauważyć, że faza ciekła musi być podawana z góry natomist gaz wtłaczany jest dołem.

Literatura:

[1] „Procesy mechaniczne w inżynierii chemicznej” Roman Koch, Andrzej Noworyta

[2] L. Gładek - Laboratorium inżynierii procesowej, WPWr, Wrocław 1981.

[3] T. Hobler - Dyfuzyjny ruch masy i absorbery, WNT, Warszawa 1976.

---