Wydział Chemiczny

INŻYNIERIA CHEMICZNA

- LABORATORIUM-

„SPRAWNOŚĆ PÓŁKI SITOWEJ W PROCESIE DESORPCJI GAZU ”

WYKONANIE:

JOANNA CZULAK 151316

MARCIN KŁAK

EWELINA STAWICKA

Wrocław 28.05.2008

OZNACZENIA:

V - objętość [dm³]

C - stężenie molowe [mol/dm³]

M - masa molowa [kg/kmol]

L - strumień cieczy [kmol/s]

V - strumień gazu [kmol/s]

Eg - sprawność desorpcji dla fazy gazowej na półce sitowej

Ec - sprawność desorpcji dla fazy ciekłej na półce sitowej

ρ - gęstość cieczy [kg/kmol]

m - strumień desorbowanego składnika [kmol/s]

x_P , x_K - początkowy lub końcowy ułamek molowy składnika w cieczy

y_K , y_P - końcowy lub początkowy ułamek molowy składnika w gazie

x_K^{^} - ułamek molowy składnika w fazie ciekłej , równowagowy do y_P

y_K^{^} - ułamek molowy składnika w fazie gazowej równowagowy do x_P

INDEKSY DOLNE:

g - odnosi się do fazy gazowej

c - odnosi się do fazy ciekłej

k - odnosi się do pomiaru końcowego

p - odnosi się do pomiaru początkowego

1. Cel ćwiczenia:

Celem ćwiczenia było wyznaczenie sprawności desorpcji na półce sitowej z przelewem w procesie desorpcji dwutlenku węgla rozpuszczonego w wodzie za pomocą strumienia powietrza , oraz określenie wpływu parametrów operacyjnych , tj. strumieni fazy ciekłej lub gazowej na te sprawności .

2. Aparatura

Schemat aparatury przedstawiono na rys. 1.Kolumna adsorpcyjna 1 ze szkła organicznego ma wbudowaną jedną półkę sitową 2, którą można wymienić. Dmuchawa tłoczy do aparatu powietrze. Natężenie objętościowe mierzy się za pomocą rotametru4.Ciecz podawana jest pompą 6 przez rotametr 7 bezpośrednio do przelewu. Na rotametr 9 doprowadza się CO₂, który miesza się z powietrzem doprowadzanym do kolumny. Ciecz z kolumny odprowadzana jest bezpośrednio do przelewu 10.

3. Metodyka pomiarów:

Sprawność półki sitowej wyznaczono w aparacie do wymiany masy w układzie gaz - ciecz.

Ćwiczenie obejmowało:

• nastawienie miana Ba(OH)₂

• oznaczenie stężenia CO₂ w surowcu

• oznaczenie stężenia CO₂ w cieczy opuszczającej desorber

• obliczenie sprawności półki sitowej liczonej na gaz i na ciecz.

Doświadczenie przeprowadzono dla stałego natężenia przepływu cieczy

(50 działek - 0.3 m³/h), oraz dla czterech różnych natężeń przepływu powietrza (20 działek, 40 działek, 60 działek, 80 działek).

W doświadczeniu przyjęto, że początkowe stężenie CO₂ w powietrzu jest równe zero.

Sprawność półki sitowej może być określona zarówno dla procesu adsorpcji, jak i desorpcji. W adsorpcji początkowe stężenie gazu na wlocie określa się ze stosunku CO₂ i powietrza, mierząc natężenie objętościowe przepływu gazów za pomocą rotametrów. W desorpcji stężenie CO₂ w cieczy na wylocie określa się metodą analizy strąceniowej Ba(OH)₂ + CO₂ = BaCO₃ + H₂O . Nadmiar zasady odmiareczkowuje się za pomocą 0,10 M HCl.

4. Wyniki doświadczenia:

		próbka	V^pHCl [cm^3]	VHCl [cm^3]	CHCl [mol/dm^3]	VBa(OH)2 [cm^3]	CBa(OH)2 [mol/dm^3]	Vpr [cm^3]
		surowiec 1	1,4	1,35	0,1	15	0,0407	25
									surowiec2	1,3
38,46	17,5	produkt I	7,2						7,25	0,1	10	0,0407	25
									produkt I	7,3
		38,46	27,5						produkt II	7,8	7,7	0,1	10	0,0407	25
									produkt II	7,6
		38,46	37,5						produkt III	7,8	7,85	0,1	10	0,0407	25
									produkt III	7,9
		38,46	47,5						produkt IV	7,8	7,75	0,1	10	0,0407	25
									produkt IV	7,7

5. Obliczenia

1. Obliczanie miana Ba(OH)₂

Do zobojętnienia 10 cm³ Ba(OH)₂ zużyto 8,2cm³ 0,10 M HCl.

Miano Ba(OH)₂ obliczono z zależności:

2. Obliczanie początkowej zawartości CO₂ w surowcu

Zawartość początkową CO₂ w surowcu oznaczono dodając do 25 cm³ surowca 15 cm³ roztworu Ba(OH)₂ i odmiareczkowując nadmiar Ba(OH)₂ 0,10 M HCl wobec fenoloftaleiny.

• Obliczanie początkowej liczby moli wodorotlenku baru Ba(OH)₂

• Obliczanie nadmiaru wodorotlenku baru

• Obliczanie początkowej liczby moli CO₂ w próbce wody

• Obliczanie początkowego stężenia dwutlenku węgla CO₂ w próbce wody

• Obliczanie początkowego ułamka molowego CO₂ w próbce

L.P
1	6,11E-04	6,75E-05	5,43E-04	2,17E-02	3,91E-04

1. Obliczanie zawartości CO₂ w próbkach dla czterech różnych natężeń przepływu powietrza.

1. Dla natężenia przepływu powietrza
   

• Obliczanie początkowej liczby moli wodorotlenku baru Ba(OH)₂

• Obliczanie nadmiaru wodorotlenku baru

• Obliczanie początkowej liczby moli CO₂ w próbce wody

• Obliczanie końcowego stężenia dwutlenku węgla CO₂ w próbce wody po desorpcji

• Obliczanie końcowego ułamka molowego CO₂ w próbce

Takie same obliczenia zostały przeprowadzone dla każdego natężenia przepływu gazu przy pomocy programu Microsoft Excel. Wyniki zostały przedstawione poniżej:

L.P.
1	2,13E-03	1,96E-04	4,07E-04	3,63E-04	4,45E-05	1,78E-03	3,20E-05
2	2,13E-03	3,08E-04	4,07E-04	3,85E-04	2,20E-05	8,80E-04	1,58E-05
3	2,13E-03	4,20E-04	4,07E-04	3,93E-04	1,45E-05	5,80E-04	1,04E-05
4	2,13E-03	5,31E-04	4,07E-04	3,88E-04	1,95E-05	7,80E-04	1,40E-05

1. Przeliczanie objętościowego natężenia przepływu wody na molowe natężenia

2. Przeliczanie objętościowego natężenia przepływu gazu(powietrza) na molowe natężenia

3. Obliczanie końcowego ułamka molowego składnika w gazie z równania bilansu molowego:

4. Obliczanie równowagowego ułamka molowego składnia w gazie

5. Obliczanie sprawności desorpcji na półce sitowej dla fazy gazowej

6. Obliczanie sprawności desorpcji na półce sitowej dla fazy ciekłej

2,13E-03	1,96E-04	0,6	0,00390	0,00703	0,918
2,13E-03	3,08E-04	0,6	0,00271	0,00487	0,959
2,13E-03	4,20E-04	0,6	0,00190	0,00343	0,973
2,13E-03	5,31E-04	0,6	0,00157	0,00282	0,964

6. Wykresy

1. Wykres zależności sprawności desorpcji na półce sitowej dla fazy gazowej od molowego natężenia przepływu gazu, przy stałym natężeniu przepływu wody:

2. Wykres zależności sprawności desorpcji na półce sitowej dla fazy ciekłej od molowego natężenia przepływu gazu, przy stałym natężeniu przepływu wody:

7. Wnioski

• Na podstawie wykresów możemy wnioskować, iż sprawność desorpcji na półce sitowej dla fazy gazowej maleje wraz ze wzrostem natężenia przepływu gazu. Natomiast desorpcji na półce sitowej dla fazy ciekłej maleje wraz ze spadkiem natężenia przepływu gazu.

• Sprawność desorpcji fazy gazowej jest znacznie mniejsza niż sprawność desorpcji fazy ciekłej.

• Ostatni pomiar znacznie odbiega od pozostałych, w wyniku czego zależność E_c=f(V) oraz E_g =f( V) nie jest w całości proporcjonalna. Powstały błąd został dokonany podczas miareczkowania nadmiaru Ba(OH)₂ kwasem solnym HCl - znaczne przemiareczkowanie.

• Powstałe błędy mogą wynikać również z braku pomiarów stężenia CO₂ w surowcu po każdej zmianie natężenia przepływu gazu.

---