Исследование абсорбера и адсорбера

1. Цель работы.

1.1 Изучение устройства, принципа действия абсорбера и адсорбера.

1.2 Определение основных параметров процессов и аппаратов для проведения адсорбции и абсорбции.

2. Основы теории [1, с. 209...211], [1,с.247...254], [2, с. 85...86], [2,с. 111...112].

Абсорбция — процесс избирательного поглощения одного или нескольких компонентов из газовой или паровой смеси жидким поглотителем, называемым абсорбентом. Абсорбцию широко применяют в свеклосахарном производстве — сахарный раствор обрабатывают углекислым газом, а затем полученный сироп — сернистым газом, в крахмальном — полученный из сернистого газа раствор используют для замочки кукурузы, в спиртовом и винодельческом — из газов, выделяемых при брожении, улавливают спиртовые пары путем поглощения их водой и др.производствах. Схему абсорбера см. рис. 1.

Рис. 1. Схема абсорбера.

1. Устройство распределительное.

2. Корпус цилиндрический.

3. Насадки неподвижные (тонкостенные полые керамические кольца Рашига).

4. Решетка.

– 1.1 — вода питьевая,

– 2.0 — пар очищенный,

– 2.9 — смесь паровая,

– 5.0 — газ очищенный (СО₂),

– 5.4 — смесь газовая (с СО₂),

– 9.2 — раствор водяной.

Адсорбция — процесс избирательного поглощения одного или нескольких компонентов из газовой, паровой смеси или раствора развитой поверхностью твердого вещества, называемым адсорбентом. Чтобы процесс этот был эффективным, активная поверхность адсорбента должна быть велика. Поэтому для адсорбции применяются пористые тела, обладающие суммарной большой поверхностью пар. Адсорбцию широко применяют в спиртовом производстве — для очистки водно-спиртовых смесей (сортировок) и для улавливания спирта из газов, в сахарном, рафинадном и крахмалопаточном — для обесцвечивания соков и сиропов, в пивоваренном — для осветления пива и др.производствах.

Схему адсорбера см. рис. 2.

Рис. 2. Схема адсорбера.

1. Активированный древесный уголь.

2. Корпус цилиндрический.

3. Решетка.

– 0.0 — отработанный активированный уголь.

– 0.2 — уголь активированный.

– 8.2 — смеси жидкие (с С₂Н₅ОН).

– 8.7 — жидкость очищенная (С₂Н₅ОН).

Обратный процесс абсорбции и адсорбции — выделение из раствора поглощенного им компонента — газа, пара, жидкости, называемый десорбцией.

3. Описание установки [1, с. 211...214], [1, с. 254..255].

Рис. 3. Схема лабораторной установки.

– 1.2 — вода техническая.

– 1.9 — Н₂О+СО₂.

– 2.1 — пар до 0,2 МПа.

– 5.4 - СО₂ + С₂Н₅ОН.

1. Бродильный чан.

2. Абсорбер.

3. Парообразователь.

4. Адсорбер.

5. Конденсатор.

6. Сборник для спирта денатурата.

7. Сатуратор.

4. Методика проведения работы.

После ознакомления с установкой набрасываем ее эскиз и производим необходимые замеры.

5. Обработка данных.

5.1 Обработка данных по абсорберу [1, с. 210...211], [1, с. 214...219].

5.1.1 Из уравнения неразрывности определяем объемную производительность

                                        πD²

           V_аб = П_аб = Fω = —— ω=...м³/с,

                                         4

где D — диаметр абсорбера, м,

ω — скорость газовой или паровой смеси, ω=0,2...0,5 м/с.

5.1.2 Определяем массовую производительность по газовой или паровой смеси

         L= V_аб ρ=...кг/с,

где ρ — плотность газовой или паровой смеси, кг/м³ в зависимости от температуры t =...°C.

5.1.3 Составляем расчетную схему, см. рис.4.

Рис. 4. Схема к составлению материального баланса абсорбции.

Материальный баланс по улавливаемому компоненту

Gx_н + Lу_к = Gx_к + Lу_н,

где G — расход абсорбента, кг/с,

L — количество газо- или пароносителя, кг/с,

у_{н —} содержание поглощаемого жидкостью компонента в начале процесса, мас%,

у_{к —} содержание поглощаемого жидкостью компонента в конце процесса, мас%,

x_н — содержание переходящего компонента в абсорбенте в начале процесса, мас%,

x_к — содержание переходящего компонента в абсорбенте в конце процесса, мас%.

Из материального баланса определяем удельный расход абсорбента

q=G/L=(y_н -y_к)/(x_к -x_н)=...кг/кг.

5.1.4 Определяем основные размеры абсорбера.

Линия ОА — линия равновесия смотрим по опытным данным.

Линия ВС — рабочая линия абсорбции, строим по значениям y_н,y_к , x_к и x_н.

Между линиями ОА и ВС строим ступени изменения концентрации (см.рис. 5).

Рис. 5. К определению числа ступеней изменения концентрации для абсорбента.

Высота абсорбента составляет

                  Н_аб =h_эn=...м,

где h_{э —} высота насадки, эквивалентная одной ступени концентрации, h_э = 200 (V_с/f_н)^0,5/ω^0,4=...м,

  V_{с —} свободный объем насадки, м²/м³, см. табл. 15 [2, с.132],

f_н — удельная поверхность насадки, м²/м³, см. табл. 15 [2, с.132],

ω — скорость газовой или паровой смеси, ω=0,2...0,5 м/с,

n — число ступеней изменения концентрации, которые определяются по графику, см. рис. 5, n=...шт.

5.2   Обработка данных по адсорберу [1, с. 256...258].

5.2.1 Из уравнения неразрывности определяем скорость газа- носителя

                                       πD²           4V_ад

           V_ад = П_ад = Fω= —— ω, ω= ———=...м/с,

                                        4               πD²

где V_{ад —} объемная производительность, м³/с,

  D — диаметр адсорбера, м.

6. Вопросы для самопроверки.

6.1 Массопередача, движущая сила и процессы массообмена, их характеристика.

6.2 Основное уравнение массопередачи, его расшифровка, определение К', F, Δc_ср, β_х, β_у.

6.3 Молекулярная и конвективная диффузии. Закон Фика, Щукарева А.Н.

6.4 Критерии подобия процесса массопередачи Nu', Pr", Re. Термодиффузия.

6.5 Абсорбция и адсорбция, цели, их применение, регулируемые параметры, десорбция, законы Генри и Фрейдлиха.

6.6 Устройство, принцип действия абсорберов и адсорберов, их расчет.

7. Вывод, анализ.

8. Инструкция по технике безопасности на рабочем месте.

8.1 Проверить готовность установки к исследованию (пусковых приборов пультоуправления, заземления).

8.2 Не касаться токоведущих частей — электродвигателя, компрессора, подогревателя, парообразователя.

8.3 В случае нарушения режима работы установки или поражения током — немедленно обесточить.