Ćwiczenie 9. Absorpcja

ĆWICZENIE nr 9
ABSORPCJA
CEL ĆWICZENIA
Celem ćwiczenia jest wyznaczenie liczby jednostek przenikania masy (NOL)
oraz objętościowego współczynnika przenikania masy (kLa), w procesie
przeciwprądowej absorpcji dwutlenku węgla z mieszaniny z powietrzem wodą w
kolumnie wypełnionej ceramicznymi pierścieniami Raschiga.
Dwutlenek węgla w warunkach prowadzenia procesu jest gazem bardzo
trudno rozpuszczalnym w wodzie.
WYKONANIE ĆWICZENIA
1. Włączyć przepływ wody przez kolumnę.
2. Ustalić przepływ wody, powietrza i CO2 przez kolumnę.
Odczytać wskazania rotametrów.
3. Odczytać na barometrze aktualne ciśnienie atmosferyczne patm oraz na
manometrze nadciśnienie panujące w kolumnie ∆pk.
4. Odczytać na termometrach temperaturę wody wlotowej i wylotowej oraz
temperaturę powietrza wlotowego i dwutlenku węgla.
5. Oznaczenie stęŜenia CO2 w wodzie wlotowej i wylotowej wykonuje się mierząc
przepuszczalność światła przez roztwór zawierający strącony wcześniej węglan
baru wobec wody destylowanej jako próbki odniesienia.
5.1. Przesączyć ok. 100 ml. roztworu wodorotlenku baru.
5.2. Do czterech naczyniek pobrać 10 ml klarownego - (wcześniej
przesączonego),
roztworu Ba(OH)2 i szczelnie zamknąć.
5.3. Na spektrofotometrze nastawić zero (0%), oraz pełen zakres (100%) wobec
wody destylowanej przyjętej jako wzorzec.
5.4. W celu oznaczenia zawartości CO2 w wodzie wlotowej, pobrać 2 niezaleŜne
próbki wody z kranu. 2 ml. wody z kaŜdej z pobranych próbek, dodać do
naczyniek z wodorotlenkiem baru i szczelnie zamknąć.
5.5. Z przygotowanych próbek z osadem utworzonym w reakcji Ba(OH)2 z CO2
zawartym w wodzie z kranu która jest odpowiednikiem wody wlotowej do kolumny
pobrać po uprzednim intensywnym wymieszaniu zawartości probówki ok. 2 ml i
przelać do kuwety pomiarowej. Zmierzyć przepuszczalność światła υ [%] wobec
czystej wody. Pomiar powtórzyć dla kaŜdej próbki co najmniej 2 razy.
5.6. Po ok. 10-15 min. od ustalenia warunków przepływu czynników upewnić się,
czy wskazania przyrządów nie zmieniły się. Pobrać wodę z króćca wylotowego
kolumny
i powtórzyć czynności opisane w punktach 5.4 – 5.5.
6. Po zakończeniu ćwiczenia zamknąć przepływ wody, powietrza i dwutlenku węgla
oraz wyłączyć spektrofotometr.
Katedra InŜynierii Chemicznej i Procesowej
Wydział Chemiczny PG
Laboratorium InŜynierii Chemicznej
Ćwiczenie nr 9
OPRACOWANIE WYNIKÓW
1. Określić masowe natęŜenie przepływu CO2 .
-
natęŜenie przepływu CO2 mierzy się rotametrem wyskalowanym dla powietrza
o temp. 200C, pod ciśnieniem 760 mm Hg, stąd konieczność przeliczenia
wskazań na przepływ CO2 w warunkach ciśnienia panującego w przewodzie
i mierzonej temperatury CO2.
1,205
VCO2 = Vrot ⋅
ρ CO
2
ρ CO =
2
M CO2 273 p
⋅
⋅
22,4 t CO2 760
p = p atm +
∆p k
2
gdzie: Vrot – wskazania rotametru dla przepływu CO2
∆pk – spadek ciśnienia na kolumnie [mm Hg]
patm – ciśnienie atmosferyczne [mm Hg]
tCO2 – temperatura CO2 [K]
Masowe natęŜenie przepływu dwutlenku węgla obliczamy ze wzoru:
GCO2 = VCO2 ⋅ ρ CO2
[kg/h]
2. Określić masowe natęŜenie przepływu powietrza .
G pow = Vpow ⋅ ρ pow ⋅
p
760
[kg/h]
gdzie: Vpow – objętościowe natęŜenie przepływu powietrza
ρpow – gęstość powietrza w zmierzonej temperaturze
3. Określić masowe natęŜenie przepływu wody.
L = VH 2 O ⋅ ρ H 2 O
[kg/h]
gdzie: VH2O– wskazania rotametru dla wody
ρH2O – gęstość wody w zmierzonej temperaturze [kg/m3]
Katedra InŜynierii Chemicznej i Procesowej
Wydział Chemiczny PG
2
Laboratorium InŜynierii Chemicznej
Ćwiczenie nr 9
4. Wyznaczyć stęŜenie CO2 w gazie dopływającym do kolumny uwzględniając, Ŝe w
dopływającym powietrzu jest 0,03% obj. CO2, czyli 0,045% mas.
GCO2 + 0,00045 ⋅ G pow
Yp =
G pow − 0,00045 ⋅ G pow
5. Przeliczyć wartości przepuszczalności światła uzyskane na spektrofotometrze na
stęŜenia CO2 w wodzie na wlocie (Xp) i wylocie z kolumny (Xk) wg tabeli:
υ [%]
0
 kgCO2 
5
X
 *10
 kgH 2 O 
10
20
20 19,5
30
40
50
60
70
80
90
100
18,5 17
15
12,5
9,5
5,5
2,5
1
0
6. Obliczyć linię równowagi CO2 – woda. ZaleŜność stałej Henry’ego od temperatury
podana jest w tabeli:
tH2O [0C]
5
10
15
20
H [mm Hg] *10-6
0,666
0,792
0,930
1,080
Wartość stałej Henry’ego naleŜy obliczyć dla średnich warunków panujących w
kolumnie (średnia temperatura wody między wlotem i wylotem).
Y* = m⋅ X =
18 ⋅ H
⋅X
29 ⋅ p
7. Wyznaczyć równanie linii operacyjnej procesu
8. Wyznaczyć z równania linii operacyjnej stęŜenie CO2 w powietrzu opuszczającym
kolumnę YK przyjmując X = XP.
9. Obliczyć liczbę jednostek przenikania masy metodą analityczną lub graficzną
N OL =
XK
∫
Xp
dX
X −X
Katedra InŜynierii Chemicznej i Procesowej
Wydział Chemiczny PG
*
3
Laboratorium InŜynierii Chemicznej
Ćwiczenie nr 9
10. Obliczyć wysokość równowaŜną jednostce przenikania masy
H OL =
h
N OL
[m]
gdzie: h – wysokość warstwy wypełnienia [m]; h = 160 cm
11. Obliczyć objętościowy współczynnik przenikania masy.
kLa =
L
H OL ⋅ S ⋅ ρ L
[1/s]
gdzie: S – powierzchnia poprzecznego przekroju kolumny [m2];
średnica kolumny DK = 5 cm
TABELA POMIARÓW
NatęŜenie przepływu
VH2O
3
[dm /h]
VCO2
3
[dm /h]
Temperatura
Vpow
3
[dm /h]
tH2O
wlot
wylot
Katedra InŜynierii Chemicznej i Procesowej
Wydział Chemiczny PG
Ciśnienie
Przepuszczalność
∆pk
tCO2
tpow patm
[0C]
[0C] [mmHg] [mmH2O]
υ [%]
wlot
wylot
4