Порядок оформления отчета

 

Отчет о работе оформляется в соответствии с требованиями, изложенными в [10], и должен содержать:

- титульный лист;

- цель работы;

- схему, описание экспериментальной установки для экспериментальной проверки дифференциального уравнения простой перегонки и методику проведения работы;

- таблицу опытных данных;

- таблицу результатов расчета по графическому решению интеграла;

- необходимые расчеты, сопровождаемые пояснительным текстом;

- график зависимости 1 /(у*-х) = f(х), построенный на миллиметровой бумаге с нанесением расчетных точек и значением площади под кривой;

- выводы, соответствующие целям работы.

 

Контрольные вопросы

 

1. Принципиальная схема периодической простой перегонки, сущность процесса. Фракционная перегонка.

2. Измерение концентрации НК в водно-спиртовых смесях. Способы выражения состава фаз.

3. Дифференциальное уравнение материального баланса простой перегонки (вывод).

4. Расчет количества получаемого остатка путем графического интегрирования.

5. Расчет количества дистиллята и содержания в нем НК.

6. Схема лабораторной установки, порядок проведения эксперимента.

 

Работа № 14

ИЗУЧЕНИЕ ПРОЦЕССА АБСОРБЦИИ УГЛЕКИСЛОГО ГАЗА ВОДОЙ В АППАРАТЕ С МЕХАНИЧЕСКИМ ПЕРЕМЕШИВАНИЕМ

Ц е л ь р а б о т ы - получение зависимости диффузионного числа Нуссельта от числа Рейнольдса для системы углекислый газ - вода.

Т е о р е т и ч е с к а я ч а с т ь. Абсорбцией называют процесс избирательного поглощения компонентов из газовых или парогазовых смесей жидкими поглотителями (абсорбентами). При физической абсорбции поглощаемый компонент не взаимодействует химически с абсорбентом.

Процесс массопередачи включает процессы массоотдачи в пределах каждой из двух взаимодействующих фаз и, кроме того, - процесс переноса распределяемого вещества через поверхность раздела фаз. Сложность расчета процесса связана с тем, что невозможно измерить концентрацию фаз непосредственно у границы их раздела. Учитывая это, основное уравнение массопередачи, определяющее массу М вещества, переносимого из фазы в фазу в единицу времени, выражают следующим образом:

 

; (4.22)

, (4.23)

 

где у*, х* - равновесные концентрации в данной фазе, соответствующие концентрациям распределяемого вещества в основной массе (ядре) другой фазы - х и у; К_у, К_х - коэффициенты массопередачи, выраженные соответственно через концентрации газовой и жидкой фаз; τ - продолжительность процесса, с.

Коэффициенты массопередачи К_у и К_х определенным образом связаны с коэффициентами массоотдачи

 

; (4.24)

 

, (4.25)

где β _х - коэффициент массоотдачи в жидкой фазе; β _у - коэффициент массоотдачи в газовой фазе; m - коэффициент распределения.

Коэффициенты массоотдачи β _x и β _у показывают, какое количество вещества переходит от единицы поверхности раздела фаз в ядро фазы (или в обратном направлении) в единицу времени при движущей силе, равной единице.

Коэффициент массоотдачи является не физической константой, а кинетической характеристикой, зависящей от физических свойств фазы, гидродинамических условий в ней (скорость движения, режим движения), связанных в свою очередь с физическими свойствами фазы, а также с геометрическими факторами, определяемыми конструкцией и размерами массообменного аппарата. Коэффициенты массоотдачи учитывают как молекулярный, так и конвективный перенос вещества в фазе.

В некоторых случаях сопротивление одной из фаз может быть пренебрежимо мало по сравнению с сопротивлением другой. Пусть, например, невелико сопротивление жидкой фазы. Тогда коэффициент массоотдачи β _ж очень велик, диффузионное сопротивление соответственно очень мало и К_у ≈ β _у, т.е. в данном случае скорость массопередачи ограничена сопротивлением в газовой фазе, которое является определяющим.

В противоположном случае, когда очень мало сопротивление газовой фазы, как в случае поглощения углекислого газа водой, величина β _у весьма большая, а величина 1/β _уm незначительна. При этом К_х ≈ β _х, т.е. определяющим является сопротивление в жидкой фазе и для интенсификации массопередачи необходимо воздействовать на массоотдачу в жидкой фазе, например, путем увеличения скорости жидкой фазы или увеличения числа оборотов мешалки в аппарате с механическим перемешиванием.

Уравнение массопередачи (4.23) примет вид

 

. (4.26)

 

Из уравнения (4.26) можно определить коэффициент массоотдачи

. (4.27)

 

Поскольку гидродинамическую обстановку в жидкой фазе в аппарате с механическим перемешиванием можно характеризовать числом Рейнольдса

 

, (4.28)

 

где n - частота вращения мешалки, с^-1; d - диаметр мешалки, м;

ν -кинематическая вязкость жидкости, м²/с, а интенсивность массоотдачи - диффузионным числом Нуссельта

 

, (4.29)

 

где D - коэффициент молекулярной диффузии в жидкой фазе, м²/с, то зависимость Nu_х = f(Re_x) выражает собой влияние гидродинамической обстановки в жидкой фазе на интенсивность массоотдачи в ней и массопередачи в целом.