Рекомендации по обработке экспериментальных данных. 1. Рассчитать экспериментальное значение коэффициента массоотдачи в газовой фазе bг, эксп, используя (3.4.3) и (3.4.1)

 

1. Рассчитать экспериментальное значение коэффициента массоотдачи в газовой фазе b_г, _эксп, используя (3.4.3) и (3.4.1). Для этого необходимо выполнить следующее:

1.1. Рассчитать массовые отношения Н₂О к сухому воздуху в газе, поступающем в аппарат Y _н, и в воздухе, покидающем аппарат Y _к, используя формулу:

 

,

(3.4.5)

 

где р – парциальное давление водяного пара в воздухе;

р _атм – атмосферное давление в лабораторном помещении;

– молярная масса водяного пара;

– молярная масса сухого воздуха.

 

Парциальное давление водяного пара в воздухе при измеренных психрометром значениях температур может быть рассчитано по формуле:

 

,

(3.4.6)

 

где р _нас – давление насыщенного водяного пара при температуре «смоченного» термометра (см. с. 55);

t _с и t _м – температуры «сухого» и «смоченного» термометров, соответственно.

 

1.2. Рассчитать массовый расход сухого воздуха через массообменный аппарат.

Для этого использовать показание дифференциального манометра, соединённого с диафрагмой на линии подачи воздуха в колонну. Искомый расход воздуха определяется по формуле:

 

,

(3.4.7)

 

где r_G – плотность воздуха, поступающего в колонну;

a @ 0,62 – коэффициент расхода диафрагмы;

D h _м – разность уровней манометрической жидкости в коленах дифференциального манометра;

r_м @ 1000 кг/м³ – плотность манометрической жидкости (воды);

d _о – диаметр отверстия в диафрагме.

 

1.3. Рассчитать массовый расход водяного пара, перешедшего из одной фазы в другую:

 

.

(3.4.8)

 

1.4. Определить движущую силу массопередачи в нижнем сечении аппарата (D Y _н) и в верхнем сечении аппарата (D Y _к), используя формулу:

 

D Y = Y – Y *,

(3.4.9)

 

где Y ^* – равновесное с жидкой фазой массовое отношение водяного пара к сухому воздуху, определяемое по формуле (3.4.5), в которой теперь р = р ^* – давление насыщенного водяного пара при температуре воды (t _L) на выходе её из колонны (для нижнего сечения) или на входе её в колонну (для верхнего сечения).

 

1.5. Рассчитать среднюю движущую силу массопередачи в аппарате по (3.4.2).

 

1.6. Рассчитать площадь поверхности массообмена по формуле:

 

,

(3.4.10)

 

где А _геом = а × V – геометрическая площадь поверхности насадки;

а = 330 м²/м³ – удельная площадь поверхности насадки;

V – объём, занятый насадкой в колонне;

– критерий Рейнольдса для жидкой фазы (воды);

– объёмный расход жидкой фазы (воды):

S – площадь поперечного сечения колонны;

r_L – плотность жидкой фазы при её средней температуре;

m_L – динамическая вязкость жидкой фазы.

 

1.7. Рассчитать по (3.4.3) коэффициент массопередачи К_{Y , эксп} в аппарате.

Рассчитанное значение кинетического коэффициента можно считать равным искомому коэффициенту массоотдачи b _{Y , эксп}.

Найденное значение коэффициента массоотдачи выражено в [(кг сухого воздуха)/(м²×с)]. Для перевода b _Y в b_г, измеряемого в [м/с], используется соотношение:

 

,

(3.4.11)

 

где r_возд – плотность сухого воздуха.

2. Полученное экспериментально значение коэффициента массоотдачи сравнивается со значением b_{г, расч}, рассчитанным по эмпирическим формулам. При этом может быть использовано критериальное уравнение И. А. Гильденблата для определения коэффициента массоотдачи в газовой фазе в аппарате насадочного типа:

 

,

(3.4.12)

 

где – критерий Шервуда[8];

– критерий Рейнольдса для газа;

– критерий Шмидта[9].

В выражениях критериев массообменного и гидродинамического подобия:

b_г – коэффициент массоотдачи в газовой фазе;

– эквивалентный диаметр свободного пространства в насадке;

D – коэффициент диффузии распределяемого компонента в газе. Коэффициент диффузии Н₂О в воздухе при нормальных физических условиях (р _о = 101325 Па = 760 мм рт. ст. и Т _о = 273,15 К) D _о = 2,19×10⁻⁵ м²/с,

при других физических условиях ;

v _o – фиктивная скорость газа в аппарате;

e = 0,70 м³/м³ – доля свободного объёма насадки;

r_G – плотность газовой фазы;

m_G – динамическая вязкость газовой фазы.

 

Ввиду обычно малого содержания водяных паров в воздухе свойства газовой фазы могут считаться равными свойствам сухого воздуха, а фиктивная скорость газа в аппарате может рассчитываться по расходу сухого воздуха.

 

Результаты измерений и вычислений рекомендуется занести в таблицы:

 

№ п/п	Нижнее сечение колонны
t G, c, °C	t G, м, °C	р н, кПа	Y н, кг/кг	t L, °C	р *н, кПа	Y *н, кг/кг	Δ Y н, кг/кг

 

 

№ п/п	Верхнее сечение колонны
t G, c, °C	t G, м, °C	р к, кПа	Y к, кг/кг	t L, °C	р *к, кПа	Y *к, кг/кг	Δ Y к, кг/кг

 

№ п/п	Δ h м, мм	кг/с	кг/с	s	л/с	ReL	А, м2	кг/кг	b Y , эксп, кг/(м2×с)	bг, эксп, м/с

 

№ п/п	D, м2/с	v o, м/с	d э, м	ReG	Sc	Sh	bг, расч, м/с

 

Все экспериментальные данные обобщаются и аппроксимируются зависимостью вида:

 

.

(3.4.13)

 

Проанализировать значения коэффициентов массоотдачи, полученных экспериментально и рассчитанных по эмпирической формуле, а также проанализировать значения коэффициентов С и п уравнения (3.4.13) и сделать выводы по работе.