Рекомендации по обработке экспериментальных данных

 

1. Рассчитать экспериментальное значение коэффициента массоотдачи в жидкой фазе b_ж, _эксп, используя (3.3.6) и (3.3.4). Для этого необходимо выполнить следующее:

1.1. Рассчитать молярные концентрации СО₂ в исходном растворе с _н и в десатурированной жидкости с _к.

При растворении диоксида углерода в воде образуется угольная кислота, которая диссоциирует в основном лишь по первой ступени. Тогда молярная концентрация растворённого вещества при измеренном значении рН раствора может быть найдена по формуле:

 

,

(3.3.8)

 

где К ₁ = 4,45∙10⁻⁷ л/моль – константа диссоциации угольной кислоты по первой ступени, учитывающая равновесие ионов со всем количеством диоксида углерода в растворе (как в форме СО₂, так и в виде угольной кислоты).

1.2. Рассчитать молярный расход десорбированного газа:

 

,

(3.3.9)

 

где – объёмный расход водного раствора диоксида углерода, л/с.

1.3. Рассчитать движущую силу массопередачи в аппарате.

При расчёте движущей силы процесса рекомендуется сделать допущение о том, что содержание СО₂ в атмосферном воздухе пренебрежимо мало, и, учитывая крайне низкую растворимость этого газа в воде, можно принять, что равновесная концентрацияСО₂ в растворе с ^* = 0 по всему объёму аппарата.

Тогда движущая сила массопередачи в верхнем сечении аппарата

 

D с н = с н - с * = с н,

(3.3.10)

 

а в нижнем сечении аппарата

 

D с к = с к - с * = с к.

(3.3.11)

 

По формуле (3.3.5) рассчитать среднюю движущую силу массообменного процесса.

1.4. Рассчитать площадь поверхности массообмена, полагая, что она равна геометрической поверхности трубчатой колонки.

1.5. Рассчитать по (3.3.4) коэффициент массопередачи К _{ж, эксп} в аппарате.

Следует иметь в виду, что движущая сила процесса здесь выражена в единицах молярной концентрации [моль/л], или, что то же самое, [моль/дм³], а площадь поверхности массообмена – в [м²].

Рассчитанное значение кинетического коэффициента можно считать равным искомому коэффициенту массоотдачи b_{ж, эксп}.

2. Полученное экспериментально значение коэффициента массоотдачи сравнивается со значением b_{ж, расч}, рассчитанным по эмпирическим формулам. При этом может быть использовано критериальное уравнение Г. С. Борисова для определения коэффициента массоотдачи в жидкой фазе в аппарате плёночного типа:

 

▫ если 300 < Re < 1600, то

 

,

(3.3.12)

 

где – критерий Шервуда[6];

– критерий Рейнольдса;

– критерий Шмидта[7];

– критерий Галилея.

В выражениях критериев массообменного и гидродинамического подобия:

b_ж – коэффициент массоотдачи в жидкой фазе;

– приведённая толщина плёнки;

r_L – плотность жидкой фазы;

m_L – динамическая вязкость жидкой фазы;

g – ускорение свободного падения;

D – коэффициент диффузии распределяемого компонента в жидкости. Коэффициент диффузии СО₂ в воде при 20 °С D = 1,8∙10⁻⁹ м²/с;

– средняя скорость течения плёнки;

– объёмный расход жидкой фазы;

d _э – эквивалентный диаметр плёнки жидкости;

P – смоченный периметр. Здесь P = p d;

d – внутренний диаметр трубчатой колонки;

h – высота орошаемой поверхности.

Фигурирующие в уравнении (3.3.12) показатели степени зависят от числа Рейнольдса и определяются по формулам:

 

и  .

(3.3.13)

 

Результаты измерений и вычислений рекомендуется занести в таблицы:

 

№ п/п	s	дм3/с	рНн	с н∙104, моль/л	рНк	с к∙104, моль/л	, моль/с	, моль/л	bж, эксп, м/с

 

№ п/п	dпр∙105, м	Re	Sc	Ga	Sh	bж, расч, м/с

 

Все экспериментальные данные обобщаются и аппроксимируются зависимостью вида:

 

bж, эксп = C ×Re n.

(3.3.14)

 

Проанализировать значения коэффициентов массоотдачи, полученных экспериментально и рассчитанных по эмпирической формуле, а также проанализировать значения коэффициентов С и п уравнения (3.3.14) и сделать выводы по работе.