Spis treci

1. Wprowadzenie ........................................................................................................................................... 5

1.1. Zasady pracy w laboratoriach ........................................................................................................... 5 1.1.1. Zasady porzdkowe ................................................................................................................. 5 1.1.2. Zasady bezpieczestwa pracy ................................................................................................. 6 1.2. Badania na modelach ......................................................................................................................... 7 1.3. Bdy i dokadno pomiarw ........................................................................................................... 7 1.4. Matematyczne opracowanie wynikw pomiarw ............................................................................ 9

2. Oczyszczanie gazw z zanieczyszcze gazowych ................................................................................... 11

2.1. Procesy absorpcyjne .......................................................................................................................... 11 2.1.1. Wyznaczanie wspczynnika przenikania masy w kolumnach z wypenieniem .................. 11 2.1.2. Wyznaczanie powierzchni midzyfazowej w skruberze natryskowym metod chemiczn 11 2.1.3. Badanie hydrauliki przepywu fazy gazowej w poziomym skruberze natryskowym .......... 28 2.1.4. Badanie absorpcji dwutlenku siarki w skruberze natryskowym ............................................ 38 2.1.5. Absorpcyjne usuwanie dwutlenku siarki w iniekcyjnej puczce ze zwk Venturiego ...... 49 2.1.6. Usuwanie zwizkw chloroorganicznych metod absorpcji w olejach ............................... 59 2.1.7. Okrelanie sprawnoci pki sitowej w kolumnie pkowej .................................................. 77 2.2. Procesy adsorpcyjne .......................................................................................................................... 82 2.2.1. Wyznaczanie rwnowagi adsorpcyjnej .................................................................................. 82 2.2.2. Adsorpcja dwutlenku siarki na koksie aktywnym .................................................................. 88 2.2.3. Porwnanie selektywnoci wybranych adsorbentw w procesie adsorpcji pary wodnej

i chloru ..................................................................................................................................... 94 2.3. Procesy katalityczne .......................................................................................................................... 102 2.3.1. Katalityczna redukcja tlenkw azotu ...................................................................................... 102 2.3.2. Katalityczne utlenianie dwutlenku siarki ................................................................................ 108 2.3.3. Katalityczne utlenianie zwizkw organicznych ................................................................... 115 2.3.4. Katalityczne oczyszczanie silnikowych gazw spalinowych ............................................... 124 2.4. Procesy biologiczne ........................................................................................................................... 137 2.4.1. Usuwanie wybranych zanieczyszcze gazowych w biofiltrze .............................................. 137

3. Oczyszczanie gazw z zanieczyszcze pyowych (odpylanie gazw) ................................................... 147

3.1. Okrelenie przedziaowej skutecznoci odpylania gazw ............................................................... 147 3.2. Elektrostatyczna separacja mgy olejowej ........................................................................................ 152 3.3. Filtracja zapylonego gazu przez suche warstwy porowate .............................................................. 162 3.3.1. Okrelanie waciwoci wkniny filtracyjnej ........................................................................ 162 3.3.2. Okrelanie parametrw ruchowych filtracyjnego odpylacza pulsacyjnego .......................... 168

4

4. Kombinowane metody oczyszczania gazw ............................................................................................ 177

4.1. Jednoczesne odpylanie, odsiarczanie i odazotowanie spalin w filtrze tkaninowym ....................... 178

5. Materiay uzupeniajce ............................................................................................................................. 191

5.1. Pomiary podstawowych parametrw ................................................................................................ 191 5.1.1. Charakterystyka przyrzdw pomiarowych .......................................................................... 191 5.1.2. Pomiar czasu ............................................................................................................................ 191 5.1.3. Pomiar temperatury ................................................................................................................. 192 5.1.4. Pomiar cinienia ...................................................................................................................... 193 5.1.5. Pomiar strumienia .................................................................................................................... 195 5.1.6. Pomiar wilgotnoci powietrza ................................................................................................. 196 5.1.7. Pomiar gstoci cieczy ............................................................................................................ 197 5.1.8. Pomiar stenia ........................................................................................................................ 198 5.2. Tabele i inne materiay ...................................................................................................................... 199

Literatura podstawowa .................................................................................................................................... 203

1. Wprowadzenie

Celem ksiki jest wyjanienie podstawowych zjawisk zachodzcych podczas absorp-cji, adsorpcji i katalitycznego utleniania lub redukcji zanieczyszcze gazowych oraz zasad dziaania i eksploatacji urzdze stosowanych w technice oczyszczania gazw odloto-wych z zanieczyszcze gazowych.

Do kadego wiczenia jest wprowadzenie teoretyczne, po ktrym nastpuje opis apa-ratury i instrukcja wykonania. Dane teoretyczne uzupeniaj wiadomoci o procesach i aparaturze oraz technologiach, ktre studenci poznaj wczeniej w ramach wykadw, wicze audytoryjnych i prac projektowych.

Opis aparatury wraz z odpowiednimi schematami pozwala zapozna si z budow i za-sad dziaania stosowanych urzdze. Ponadto budow i zasad dziaania niektrych typo-wych przyrzdw pomiarowych, znajdujcych czsto zastosowanie w laboratoriach, podano w zaczniku.

W instrukcji do wiczenia opisano szczegowo sposb wykonania pomiarw. Dane uzupeniajce obejmuj zestawienie pomocniczych wzorw oraz wartoci liczbowych cha-rakterystycznych dla danego ukadu. Niektre wzory, waciwoci fizyczne i chemiczne substancji oraz wykresy wykorzystywane w rnych wiczeniach zostay zebrane w zacz-niku.

Ksika ta jest przeznaczona dla studentw Wydziau Inynierii rodowiska specjal-noci Ochrona Atmosfery oraz Systemy Ochrony Atmosfery, realizujcych specjalistycz-ny kurs z zakresu procesw, urzdze i technologii do unieszkodliwiania gazw odloto-wych.

6

1.1. Zasady pracy w laboratoriach

1.1.1. Zasady porzdkowe

Przed wykonaniem wiczenia naley zapozna si z jego opisem. Aparatur mona uruchomi dopiero po dokadnym poznaniu jej budowy i zasad dziaania. Naley rwnie zaznajomi si z metodami pomiaru parametrw w wykonywanym wiczeniu (np. cinie-nie, strumienie, analizy itp.). Oprcz tego naley mie podstawowe wiadomoci o zapisie wynikw, bdach pomiarowych i interpretacji pomiarw.

Prowadzcy wiczenia kontroluje przygotowanie studentw do wykonania wiczenia. Studentom nie wolno opuszcza stanowiska pomiarowego podczas trwania dowiadcze. O wszelkich nieprawidowociach w pracy aparatury powinni natychmiast informowa prowadzcego, a po wykonaniu pomiarw wyczy rda prdu, wody, gazw tech-nicznych oraz uporzdkowa stanowisko pomiarowe.

Wyniki pomiarw oraz uwagi o ich przebiegu naley zapisywa w specjalnym arku-szu (protokole), ktry po zakoczeniu pomiarw podpisuje prowadzcy wiczenia.

Kady student (lub grupa) sporzdza sprawozdanie, zawierajce opracowanie wynikw pomiarw (w postaci niezbdnych oblicze i wykresw, take pomocni-czych) oraz wskazanych przez prowadzcego wiczenia problemw dodatkowych. Stosowane metody oblicze, wzory i uproszczenia naley zwile wyjani z po-woaniem si na rda. Integraln czci sprawozdania jest protok pomiarowy. Poprawnie wykonane sprawozdanie przedkada si do oceny w terminie uzgodnio-nym z prowadzcym. Sprawozdania bdnie sporzdzone bd zwracane do po-prawy.

1.1.2. Zasady bezpieczestwa pracy

Studentom nie wolno przystpi do wykonywania wicze, zanim nie zapoznaj si ze szczegowymi zasadami bezpieczestwa i higieny pracy. W laboratoriach Politechniki Wrocawskiej

obowizuje bezwzgldny zakaz palenia, nie wolno pozostawia pracujcych urzdze bez nadzoru ani uywa ich w celach

niezgodnych z przeznaczeniem, naley zachowa ostrono podczas posugiwania si urzdzeniami cinieniowymi

(butle gazowe itp.) oraz urzdzeniami pracujcymi pod napiciem (silniki elektryczne, autotransformatory, termostaty itp.),

7

podczas pracy z chemikaliami trzeba zachowa wyjtkow ostrono, nie rozlewa ich ani nie rozsypywa, nabiera do pipet za pomoc gruszek gumowych, sprzt szklany dokadnie umy po uyciu,

o wszelkich zauwaonych nieprawidowociach w dziaaniu aparatury oraz wszel-kich przypadkach zranie i innych wypadkach przy pracy naley bezzwocznie informo-wa prowadzcego wiczenia,

w razie potrzeby naley korzysta ze sprztu ochronnego bhp (okulary, rkawice, ganice, apteczki),

przed opuszczeniem laboratorium trzeba sprawdzi, czy zostay wyczone wszyst-kie rda prdu, wody i gazu.

1.2. Badania na modelach

W inynierii procesowej i rodowiska jednym z podstawowych rodkw poznaw-czych s eksperymenty wykonane w rnego rodzaju aparatach-modelach. Poznanie isto-ty procesu i jego przebiegu w aparaturze modelowej oraz praw nim rzdzcych daje pod-stawy do projektowania urzdze o znacznie wikszych wymiarach.

Wanym etapem eksperymentw na modelach jest analiza fizycznych podstaw procesu, uzyskanych wynikw pomiarw oraz takie opracowanie tych danych, ktre pozwala uzyska zalenoci matematyczne opisujce proces. Wzory te powinny umoliwi wyznaczenie wymiarw aparatw przemysowych, ich wydajnoci, zuycia energii itp.

Naukow podstaw badania, modelowania i obliczania procesw i aparatw jest w in-ynierii procesowej metoda podobiestwa [1].

1.3. Bdy i dokadno pomiarw

Wynik kadego pomiaru jest obarczony bdami spowodowanymi rnymi czynni-kami, np. dokadnoci metod i przyrzdw pomiarowych, wpywem czynnikw ze-wntrznych, niedoskonaoci zmysw obserwatora. Dlatego zawsze istnieje rnica midzy wartoci rzeczywist x a mierzon xi.

Bdy dzielimy na przypadkowe, systematyczne i nadmierne.

Bdy przypadkowe. Bdy te powstaj na skutek dziaania rnych nieznanych czyn-nikw, np. zmiany temperatury, cinienia itp. parametry otoczenia, ktre maj wpyw na

8

wyniki pomiaru. Bdy przypadkowe mona atwo zauway, wykonujc kilkakrotnie ten sam pomiar. Mimo pozornie tych samych warunkw wyniki rni si od siebie.

Bdy systematyczne. Zwykle cech pomiarw obarczonych tego rodzaju bdami jest gromadzenie si wynikw po jednej stronie wartoci oczekiwanej (prawdziwej). Bdy systematyczne s spowodowane wadliw budow aparatury lub przyrzdw pomiaro-wych (np. le wyskalowany rotametr, zwka, termometr itp.).

Bdy nadmierne. Bdy te wynikaj najczciej z nieuwagi eksperymentatora, niesta-rannoci w badaniach itp.

Teoria bdw (prawdopodobiestwa) odnosi si jedynie do bdw przypadkowych. Rnica midzy wartoci rzeczywist x a mierzon xi jest nazywana bdem bezwzgld-nym:

ri = x xi. . (1)

Bd wzgldny okrela stosunek bdu bezwzgldnego do rzeczywistej wartoci x:

x

xxm i

= . (2) Poniewa nie jest znana rzeczywista warto x, zamiast niej stosuje si redni aryt-

metyczn z tych samych pomiarw:

n

xx i=r. . (3)

rednia arytmetyczna, jak to wynika z teorii bdw, jest bowiem najbardziej prawdo-podobn wartoci (najbardziej zblion do prawdziwej). Tak wic wykonujc kilka po-miarw tej samej wielkoci, jako ostateczny wynik naley poda ich redni arytmetycz-n.

Aby oceni dokadno pomiarw, posugujemy si zwykle rednim odchyleniem lub standardowym odchyleniem.

rednie odchylenie jest to suma (bez uwzgldniania znaku) odchyle poszczeglnych danych od redniej arytmetycznej podzielona przez liczb pomiarw.

Standardowe odchylenie, zwane rwnie rednim bdem kwadratowym , jest to pierwiastek kwadratowy z sumy kwadratw odchyle xi xr. podzielony przez pier-wiastek z (n 1). Wynika on bezporednio z krzywej rozkadu Gaussa.

Standardowe odchylenie jest podstawow miar dokadnoci w teorii bdw dla du-ej liczby pomiarw n. Oczywicie, im mniejsze odchylenie, tym wiksza dokadno pomiarw.

9

Traktowanie wtpliwych wartoci. Trudno jest podj decyzj, kiedy naley odrzuci, a kiedy uwzgldni warto, ktra znacznie rni si od innych.

Dla duej liczby powtarzanych pomiarw problem jest dobrze statystycznie zdefinio-wany, ale nie ma to wikszego znaczenia, poniewa zy rezultat ma niewielki wpyw na redni arytmetyczn duej liczby pomiarw.

Dla kilku pomiarw statystyczny rozkad nie jest dokadnie zdefiniowany, a odrzuce-nie wyniku jednego lub kilku pomiarw ma decydujcy wpyw na kocowy rezultat.

Jeden ze sposobw poradzenia sobie z tym problemem jest nastpujcy. Oblicza si redni arytmetyczn bez niepewnej wartoci i okrela rednie odchylenie. Porw-nuje si wtpliw warto i odrzuca j, jeeli odchylenie jest 4-krotnie wiksze od redniego odchylenia. Nie naley odrzuca wicej ni 1 z 5 wartoci. Nie odrzuca si rwnie wartoci wtpliwej, jeeli zgadza si ona z jedn wartoci lub z wiksz ich liczb.

Wyraenie dokadnoci zapisu wynikw. Kiedy naley poda dokadno, z jak okre-lono dan warto, wtedy zwykle do liczby okrelajcej wynik dopisujemy granice b-du, np. 2,500 0,001 oznacza, e warto jest zawarta midzy 2,499 a 2,501.

Jeeli chcemy wyrazi dokadno w sposb przybliony, to stosujemy zapis zo-ony z cyfr znaczcych, np. piszc 10 m/s, rozumiemy, e warto ta jest okrelona z dokadnoci do 0,5, czyli 10 0,5. Gdy potrafimy okreli t warto z wiksz dokad-noci, wtedy naley napisa np. 10,00 m/s.

Przedstawiajc wyniki, nie naley podawa wicej miejsc po przecinku, ni wynosi dokadno pomiaru. Trzeba podkreli, e liczba miejsc znaczcych nie zaley od poo-enia przecinka ani od wyboru jednostki. Jeli wykonuje si dodawanie lub odejmowanie, to liczba cyfr znaczcych wyniku zaley od skadnika, ktry jest obarczony najwikszym bdem bezwzgldnym, natomiast w przypadku dzielenia lub mnoenia liczba cyfr wyni-ku zaley od skadnika o najwikszym bdzie wzgldnym.

1.4. Matematyczne opracowanie wynikw pomiarw

Naley tu rozway dwa zagadnienia: I . Posta funkcji jest znana i t rzeba okre l i ty lko sta e wzoru. Jeeli

wyznaczamy np. zaleno prnoci pary nasyconej p od temperatury T, to najczciej posugujemy si rwnaniem ClausiusaClapeyrona w postaci lg p = A B/T, okrelajc na podstawie kilku eksperymentw stae A i B. Wyniki dowiadcze nanosimy na wykres w skali plogarytmicznej, tzn. lg p = f (1/T ).

10

Podobnie, gdy okrela si zaleno wspczynnika wnikania masy od prdko-ci przepywu w przy nie zmienionych innych parametrach, naley posugiwa si znanym wzorem Sh = A ReB ScC. Poniewa w tym przypadku = f(w), wic rwna-nie upraszcza si do postaci = AwB. Wwczas wyznaczamy stae A i B, a do gra-ficznej interpretacji wynikw wykorzystujemy wzr lg = lg A + B lg w, nanoszc wyniki i w na wykres w skali podwjnie logarytmicznej. Odczytujemy kt , kt-rego tangens jest rwny staej B. Sta A wyznaczamy, okrelajc punkt przecicia linii z osi rzdnych (dla w = 1). Jeeli jednak pomiary wykonuje si w zakresie wikszych wartoci w, to punkt przecicia osi wsprzdnych nie musi by poczt-kiem ukadu, lecz moe mie np. wsprzdne x = lg100, y = lg1000. Wtedy sta A wyznaczamy, odczytujc wsprzdne dowolnego punktu lecego na linii prostej i wstawiajc je do wzoru.

Gdy orientacyjnie sporzdzamy wykres, wtedy lini midzy punktami prowadzimy tak, aby leay one po obu jej stronach, w tych samych mniej wicej odlegociach.

I I . N i e j e s t z n a n a p o s t a f u n k c j i . W tej sytuacji staramy si w pierwszej kolejnoci przedstawi zaleno w postaci linii prostej. Stosujemy wtedy rne empi-ryczne funkcje matematyczne, rysujc dane tak, aby znale dla jednej z nich lini prost. Stae w rwnaniu linii prostej okrela si, korzystajc z trzech metod: graficznej, rednich i najmniejszych kwadratw.

Obecnie do opracowywania wynikw bada suy wiele oferowanych na rynku kom-puterowym zintegrowanych systemw oprogramowania, ktre umoliwiaj statystyczn analiz danych i tworzenie wykresw [2].

Literatura

[1] PIKO J., Aparatura chemiczna, PWN, Warszawa, 1978. [2] KRZYKOWSKI G., Statgraphics. Statystyczna analiza pomiarw, Wyd. PLJ., Warszawa, 1991.

2. Oczyszczanie gazw z zanieczyszcze gazowych

2.1. Procesy absorpcyjne

2.1.1. Wyznaczanie wspczynnika przenikania masy w kolumnach z wypenieniem

Cz teoretyczna

Do projektowania kolumn absorpcyjnych (lub desorpcyjnych) z wypenieniem nie-zbdna jest znajomo wielkoci charakteryzujcej szybko procesu wspczynnika przenikania masy. W kolumnach tych faza gazowa i cieka kontaktuj si z sob w sposb cigy. Przyjmujemy, e w ustalonych warunkach w kolumnie obie fazy (gazowa i cieka) s rwnomiernie rozdzielane w caym przekroju urzdzenia, a zmiana stenia skadnika A wzdu wysokoci wynika z wymiany masy. Rozpatrujc ekwimolarn i przeciwkie-runkow wymian masy lub wymian jednokierunkow dla niewielkich ste skadnika wymienianego A, mona przyj, e dla wspczynnika przenikania masy ky = const. masa skadnika A wymieniona w elemencie rniczkowym objtoci o przekroju kolum-ny i wysokoci dH przez powierzchni dA wyniesie

.*)()( yydAkyVdmd yyA == && (1)

Poniewa const.=yV& , wic

12

.*)( yydAkdyV yy =& (2) Dla caej kolumny prawidowe jest w tym przypadku rwnanie bilansowe

.)( kpyA yyVm = && (3) Wykorzystujc je, przeksztacimy rwnanie (2) do postaci

.*

dAkyy

dyyy

my

kp

A =&

(4)

Po scakowaniu go w granicach od yp do yk oraz od A = 0 do A otrzymamy

,

*

r.yAk

yydy

yyAkm yy

y

kpyA

p

k

=

=

& (5)

Analogiczne zalenoci otrzymujemy, uywajc ste w fazie ciekej

,

*

r.xAk

xxdx

xxAkm xx

x

pkxA

k

p

=

=

& (6)

gdzie yr. i xr. oznaczaj redni modu napdowy procesu. Jeeli linia rwnowagi i linia operacyjna (bilansowa) s liniami prostymi, to

redni modu napdowy procesu obliczamy jako redni logarytmiczn z nastpuj-cych rwna:

,ln

2

1

21r.

yy

yyy

= (7)

.ln

2

1

21r.

xx

xxx

= (8)

Powierzchni midzyfazow, oznaczon w rwnaniach (5) i (6) przez A, jest zwy-kle trudno okreli. Dla kolumn absorpcyjnych z wypenieniem mona j w przyblie-niu wyznaczy z zalenoci

13

,wAA = (9) gdzie:

Aw powierzchnia wypenienia, m2, wspczynnik wykorzystania powierzchni okrelany z zalenoci empirycznej [1]. Mona pomin wyznaczanie powierzchni midzyfazowej, jeeli posuymy si

objtociowym wspczynnikiem przenikania masy kyv (odniesionym do jednostki objtoci kolumny zajtej przez wypenienie).

Rwnanie przenikania masy przeksztacamy wwczas do postaci

,)( r.r. yVkyVakm kyvkyA == & (10) gdzie a jest powierzchni midzyfazow wytwarzan przez 1 m3 wypenienia.

Z rwna (5), (6) i (10) wida, e mona wyznaczy wspczynnik przenikania masy ky i kyv, jeli w ustalonych warunkach na podstawie pomiaru przepyww i ste skadnika wymienianego A obliczymy Am& oraz redni modu napdowy prze- nikania masy przy znanej charakterystyce wypenienia kolumny i danych rwnowa-gowych ukadu gazciecz.

Wspczynniki przenikania masy mona rwnie obliczy z korelacji empirycz-nych van Krevelena podawanych w literaturze przedmiotu [1].

Wnikanie masy w fazie gazowej

Shg = 0,11Reg0,8 Scg0,33, (11)

gdzie:

.,,0 Ag

gg

g

gmg

A

wyg D

Scaw

RecDd

Sh

=== (12)

Wnikanie masy w fazie ciekej

Shz = 0,015 Rez0,8 Scc0,33, (13)

gdzie:

,,,0 Ac

cc

c

cmz

A

zxz D

Scaw

RecD

Sh

=== (14)

a powierzchnia waciwa wypenienia, m2/m3, c0 stenie, kmol/m3, dw kinematyczny wspczynnik dyfuzji skadnika A przez inne, m2/h, wgm, wcm strumie (masowe natenie przepywu) gazu i cieczy, kg/m2h, y, x wspczynnik wnikania masy w fazie gazowej i ciekej, kg/mh,

14

g, c dynamiczny wspczynnik gazu i cieczy, Pa s, z = (2/c2g) zastpczy wymiar liniowy, m.

Cz dowiadczalna

Cel wiczenia

Celem wiczenia jest dowiadczalne okrelenie wspczynnika przenikania masy podczas absorpcji (lub desorpcji) w kolumnie z wypenieniem, a nastpnie porwna-nie danych eksperymentalnych z wartociami obliczonymi na podstawie korelacji podanych w czci teoretycznej.

Wspczynnik przenikania masy wyznacza si dla jednokierunkowej wymiany masy skadnika A w obecnoci gazu obojtnego (inertu) i w warunkach izotermicz-nych.

Bd stosowane nastpujce ukady standardowe: amoniakwodapowietrze oraz dwutlenek wglawodapowietrze.

Opis aparatury

Schemat instalacji dowiadczalnej przedstawiono na rys. 2.1.1. Aparatura ta po-zwala zbada absorpcj amoniaku lub dwutlenku wgla z powietrza za pomoc wody lub desorpcj amoniaku lub dwutlenku wgla z roztworw wodnych do powietrza.

Zasadnicz jej czci jest kolumna (1), w ktrej znajduj si dwie warstwy wy-penienia ukadanego z piercieni Palla (lub innych [2]) o rednicy 0,025 m. Piercie-nie Palla maj porowato = 0,928 m3/m3i powierzchni waciw a = 283 m2/m3 [2]. Wysoko warstwy wypenienia w kadym segmencie kolumny wynosi 0,35 m. Po-wietrze toczy si dmuchaw (2) przez zwk (3) (dzw = 0,026 m), ktra jest umiesz-czona w rurocigu o rednicy wewntrznej Dw = 0,0335 m, do nawilacza powietrza (4). W nawilaczu osiga si niemal zupene nawilenie powietrza i temperatur zbli-on do temperatury cieczy absorpcyjnej (lub roztworu przygotowanego do desorp-cji). Dozowanie gazu (amoniaku lub dwutlenku wgla) z butli (5) do strumienia po-wietrza odbywa si przez rotametr (6). Skad fazy gazowej mierzy si w trzech punktach (7) kolumny (1), skd prbki gazu s pompowane przy ustalonym nateniu przepywu przez puczki. Po przejciu gazu przez kolumn z wypenieniem ciecz po-rwana z gazem jest usuwana w odkraplaczu (8), gaz natomiast uchodzi do instalacji wycigowej. Ciecz absorpcyjna (lub roztwr wodny w przypadku desorpcji) jest po-dawana w przeciwprdzie do gazu w kolumnie z wypenieniem ze zbiornika (9) przez pomp (10) i rotametr (11). Pomiaru stenia cieczy posorpcyjnej z dwu warstw wy-penienia mona dokona za pomoc krcw (12). Temperatur obu faz (gazowej i ciekej) mierz termometry rtciowe, a wilgotnoci gazu higrometry wosowe.

15

Strumie (natenie przepywu) powietrza jest okrelany porednio ze spadku cinie-nia na zwce, mierzonego mikromanometrem Ascania (3). Nadcinienie nad zwk oraz w kolumnie, a take spadki cinienia na obu warstwach wypenienia mierz ma-nometry wodne.

Rys. 2.1.1. Schemat instalacji dowiadczalnej

Sposb wykonania wiczenia

Kolejno wykonania czynnoci pomiarowych podczas wiczenia jest nastpujca: a) naley zmierzy temperatur cieczy absorpcyjnej oraz cinienie barome-

tryczne; b) trzeba nastawi zadany przez prowadzcego wiczenie strumie gazu i jego

temperatur, odpowiednio zmieniajc warunki pracy nawilacza (zmiana temperatury i strumienia wody nawilajcej);

c) po uzyskaniu danej temperatury gazu (rwnej w przyblieniu temperaturze cieczy i otoczenia) naley wczy pomp cieczy i ustawi na rotametrze zadane nat-enie przepywu cieczy;

d) ustalone warunki przepywu naley utrzyma przez 30 minut; e) w tym czasie naley zmierzy spadki cinienia i temperatury, przygotowa na-

czynia do poboru prbek cieczy oraz puczki do analizy gazu; f) stenie mierzy si dwukrotnie, w odstpie 10 minut, przez miareczko-

wanie: wodnego roztworu amoniaku prbki cieczy miareczkowa 0,1 n roztworem kwasu

siarkowego wobec czerwieni metylowej; miareczkowanie prowadzi si tak dugo, a uzy-

16

ska si barw wzorcowego roztworu siarczanu amonu o objtoci i steniu roztworu miareczkowanego wobec czerwieni metylowej w punkcie rwnowanikowym;

wodnego roztworu dwutlenku wgla do znanej iloci (10 cm3) 0,1 m wodoro-tlenku baru zawierajcego okoo 1% BaCl2, ktry zmniejsza rozpuszczalno powsta-jcego osadu, doda okrelon ilo (25 cm3) badanego roztworu, a nadmiar niezwi-zanego wodorotlenku zmiareczkowa 0,1 n roztworem kwasu solnego wobec fenoloftaleiny;

g) gdy zakoczy si pobr prbek do analizy, naley jeszcze raz odczyta wskazania wszystkich przyrzdw pomiarowych i wpisa je do karty przebiegu wiczenia.

Sposb przedstawienia wynikw

W sprawozdaniu powinny si znale nastpujce dane: a) dane rwnowagowe dla badanego ukadu i warunkw wykonania wiczenia, b) obliczone strumienie (natenia przepywu) fazy gazowej i ciekej, c) ilo substancji wymienionej w jednostce czasu Am& , d) redni modu napdowy wymiany masy, e) powierzchnia wymiany masy, f) wspczynniki przenikania masy ky i kyv, g) wykres linii rwnowagowej i operacyjnej (bilansowej), h) porwnanie zmierzonego wspczynnika przenikania masy ze wspczynnikiem

obliczonym z zalenoci van Krevelena.

Materiay uzupeniajce

1. Dane rwnowagowe dla amoniaku

T

m pc1922705,4lg = , (15)

gdzie: mpc staa rwnowagi, m3 bar/kmol,

T temperatura, K. 2. W wybranym ukadzie ste mona w przyblieniu przeliczy sta rwnowagi

na sta uyteczn

c

cpcyx PM

mm= , (16)

gdy uyje si wartoci gstoci i masy molowej dla wody.

17

3. Dane rwnowagowe dla dwutlenku wgla

Temperatura, oC 0 5 10 15 20 25 30 35 mpx = p/x , bar 737 890 1060 1240 1440 1650 1880 2120

Literatura

[1] KUROPKA J., Oczyszczanie gazw z zanieczyszcze gazowych. Procesy podstawowe, Oficyna Wyd. Politechniki Wrocawskiej, Wrocaw, 1988.

[2] KUROPKA J., Oczyszczanie gazw z zanieczyszcze gazowych. Obliczenia, tabele, materiay pomocni-cze, Oficyna Wyd. Politechniki Wrocawskiej, Wrocaw, 1989 (wyd. I), 1996 (wyd. II).

2.1.2. Wyznaczanie powierzchni midzyfazowej w skruberze natryskowym metod chemiczn

Wprowadzenie

Podczas absorpcji skadnika gazowego w cieczy przenikanie masy z jednej fazy do drugiej odbywa si tylko przez powierzchni rozdziau midzyfazowego, dlate-go konstrukcja i parametry ruchowe aparatu, w ktrym zachodzi absorpcja, musz zapewnia wytworzenie moliwie najwikszej powierzchni zetknicia si obu faz. W aparatach natryskowych powierzchni kontaktu midzyfazowego uzyskuje si, rozpylajc ciecz absorpcyjn w strumieniu przepywajcego gazu na krople lub mg.

Nawet jeli znamy powierzchni geometryczn absorbera, nie oznacza to wcale, e wiadomo, jaka jest jego powierzchnia midzyfazowa (np. z wypenieniem usypanym), poniewa w wikszoci przypadkw nie pokrywa jej cakowicie bonka cieczy sorp-cyjnej. Poza tym nie caa zwilona powierzchnia odznacza si jednakow aktywnoci pod wzgldem przenikania masy. Jeszcze mniej wiadomo o wielkoci powierzchni midzyfazowej w aparatach, w ktrych jest ona rozwijana z wykorzystaniem energii strumienia przepywajcego gazu (absorbery barbotaowe) lub powstaje w wyniku rozpylania cieczy (absorbery natryskowe).

Jeli znamy (dziki badaniom) objtociowe wspczynniki wnikania lub prze-nikania masy, to aby obliczy parametry absorberw, nie musimy wiedzie, jaka jest ich powierzchnia midzyfazowa. Jednak do gbszego zrozumienia procesw wnikania masy i stosowania bardziej zasadnych metod obliczania, a take modelo-wania aparatw absorpcyjnych znajomo czynnej powierzchni kontaktu faz jest nieodzowna.

18

Metody okrelania powierzchni midzyfazowej znacznie si rozwiny, nie-mniej jednak naley zaznaczy, e pozwalaj one okrela nie rzeczywist po-wierzchni, uwzgldniajc rnorodn aktywno jej elementw, a tylko pewn urednion jej warto, zwan aktywn (efektywn) powierzchni. Podstawowe metody okrelania powierzchni midzyfazowej mona podzieli na trzy zasadni-cze grupy [1]:

Metody stosowane do aparatw ze znan (ustalon) powierzchni geometryczn wypenienia (metoda zabarwiania zwilonej czci powierzchni elementw wypenie, metoda badania wnikania masy podczas sublimacji naftalenu z powierzchni suchego i zraszanego wypenienia, metoda badania wnikania masy podczas sublimacji naftalenu z powierzchni suchego wypenienia i absorpcji dobrze rozpuszczalnego gazu przy uyciu tego samego wypenienia i dla takich samych prdkoci gazu, metoda badania wnikania masy podczas odparowania z powierzchni cakowicie zroszonego wod wypenienia i absorpcji dobrze rozpuszczalnego gazu, metoda badania wnikania masy podczas absorp-cji tego samego gazu w kolumnie wypenionej i kolumnie kulkowej, metoda badania wnikania masy podczas absorpcji tego samego gazu w kolumnie wypenionej i na ca-kowicie zwilonym pojedynczym elemencie wypenienia).

Metody fizyczne stosowane w przypadku aparatw barbotaowych, pianowych (metoda fotografowania warstwy piany, a nastpnie analiza statystyczna otrzymanych fotografii, metoda pomiaru natenia wiata rozproszonego przez warstw piany i porwnania go z nateniem wiata zmierzonym przed utworzeniem piany, metoda pomiaru natenia wiata odbitego od warstwy piany lub cieczy z pcherzykami ga-zu, metoda oparta na depolaryzacji wiata polaryzowanego na granicy rozdziau czynnikw o rnej gstoci optycznej).

Metody chemiczne, najbardziej uniwersalne i stosowane w przypadku dowolne-go typu absorbera. S to przede wszystkim metody reakcji pseudopierwszorzdowej Danckwertsa i metody szybkiej reakcji pseudopierwszorzdowej. Rnica midzy tymi dwoma metodami sprowadza si do tego, e w metodzie pierwszej korzysta si z fizycznego wspczynnika wnikania masy w fazie ciekej, w metodzie drugiej nato-miast tego wspczynnika nie uwzgldnia si.

Metod reakcji pseudopierwszorzdowej Danckwertsa z powodzeniem mona sto-sowa do wyznaczania powierzchni midzyfazowej w absorberach typu mieszalniko-wego, pkowego oraz aparatw z ruchomym wypenieniem. Mniej dokadne wyniki uzyskuje si, gdy metoda ta suy do wyznaczania powierzchni midzyfazowej w kolumnach z wypenieniem stacjonarnym, poniewa zachodzi w nich ciga zmiana stenia gazowego skadnika absorbowanego wzdu wysokoci warstwy wypenienia. Powoduje to zmian stenia skadnika absorbowanego na powierzchni midzyfazo-wej po stronie fazy ciekej. Z tego wzgldu do badania tych aparatw lepsza jest me-toda nieco zmodyfikowana, ktrej podstaw stanowi znajomo objtociowego wspczynnika przenikania masy (por. punkt 2.1.1).

19

Chemiczne metody wyznaczania powierzchni midzyfazowej uwaa si za pod-stawowe z uwagi na ich uniwersalno i prostot.

Postpujc zgodnie z metod reakcji pseudopierwszorzdowej, zakada si, e w roz-tworze znajduje si skadnik B, a w fazie gazowej skadnik A. Skadnik A w fazie gazo-wej jest przenoszony do powierzchni midzyfazowej, pochaniany na niej, a nastpnie wchodzi w reakcj ze skadnikiem B. Produkt reakcji bardzo dobrze rozpuszcza si w fazie ciekej. Oglne rwnanie reakcji nieodwracalnej ma posta

A + bB 2k R , (1) gdzie:

A skadnik (substrat) A fazy gazowej, kmol, B skadnik (substrat) B fazy ciekej, kmol, b liczba kilomoli substratu B reagujcych z 1 kilomolem substratu A, R produkt reakcji, kmol, k2 staa szybkoci nieodwracalnej reakcji chemicznej drugiego rzdu, m3/kmols. Szybko tej reakcji opisuje rwnanie kinetyczne

ABA cckr 2= , (2) gdzie:

rA szybko reakcji chemicznej liczona wzgldem substratu A, cA stenie skadnika (substratu) A, kmol/m3, cB stenie skadnika (substratu) B w roztworze, kmol/m3. Jeeli stenie skadnika B jest due i nie ulega wikszym zmianom podczas pro-

cesu absorpcji, to reakcja (1) moe by traktowana jako reakcja pseudopierwszorz-dowa, a jej rwnanie kinetyczne ma posta:

AA ckr 1= , (3) gdzie k1 oznacza wspczynnik szybkoci reakcji pierwszego rzdu ( = Bckk 21 const w warunkach dowiadczenia), s1.

W roztworach bardziej stonych stae szybkoci k1 oraz k2 zale od ste sub-stratu B oraz produktu reakcji R. Z tego wzgldu naley ustali parametry dowiad-czenia tak, by stenia substratu B i produktu R nie ulegay wikszym zmianom.

Zgodnie z modelem Danckwertsa redni szybko absorpcji skadnika A (stru-mie molowy) n& w objtoci absorbera V, gdy zaoymy, e stenie skadnika A w roztworze jest bardzo mae (bliskie zeru), wyraa zaleno

22 cBAAzA crDac

Vn +=& , (4)

gdzie:

20

An& strumie molowy absorbowanego skadnika A, kmol/s, V objto czynna absorbera, m3, a powierzchnia midzyfazowa rozwijana w jednostce objtoci aparatu, m2/m3, cAz stenie skadnika A na powierzchni midzyfazowej po stronie fazy ciekej,

kmol/m3, DA wspczynnik dyfuzji skadnika A w cieczy, m2/s, c wspczynnik wnikania masy po stronie fazy ciekej, m/s. Rwnanie to mona przeksztaci do postaci

cBAAz

A acrDaVcn 222

2

+=

&

. (5)

W ten sposb otrzymano rwnanie linii prostej

( )BAz

A cfVcn =

2&

. (6)

Prowadzc eksperymenty dla rnych wartoci stenia skadnika B i obliczajc z rwna bilansowych dla kadego z nich warto An& , otrzymuje si pary wartoci

An& oraz cB. Jeli dla kadego dowiadczenia obliczymy wartoci cAz, DA, V i r2, to moemy sporzdzi wykres zalenoci podanej rwnaniem (6). Punkty pomiarowe powinny ukada si wzdu prostej, ktrej wspczynnik kierunkowy wyraa za-leno

22tg rDa A= , (7)

a warto odcita na osi rzdnych rwna si (ac)2. W ten sposb, znajc wartoci cAz i DAr2, ze wspczynnika nachylenia prostej wyznacza si powierzchni midzyfazo-w odniesion do jednostki objtoci czynnej aparatu a, a nastpnie z wartoci odci-tej na osi rzdnych warto odpowiadajc wspczynnikowi wnikania masy w fazie ciekej c.

Jeeli

BA crD 2 >> c , (8) to wspczynnik przyspieszenia absorpcji, ktrej towarzyszy reakcja chemiczna, nie zaley od warunkw hydrodynamicznych procesu i reakcj uwaa si za szyb-k. Aby wyznaczy powierzchni midzyfazow, wystarcza wtedy jedno dowiad-czenie (metoda szybkiej reakcji), a t warto powierzchni wylicza si z rwnania

21

BAAz

A

crDVcn

a2

&= . (9)

Jak ju wspomniano, wyznaczajc powierzchni midzyfazow w aparatach z wy-penieniem stacjonarnym, stosuje si metod opart na wspczynniku przenikania masy. Midzy objtociowym wspczynnikiem przenikania masy a wspczynnikami wnikania masy zachodzi zaleno

aSckD

mak BAgv )(

11

2 ++= , (10)

gdzie: kv objtociowy wspczynnik przenikania masy (wspczynnik przenikania ma-

sy odniesiony do jednostkowej objtoci wypenienia), s1, m staa rwnowagi absorbowanego skadnika midzy gazem a roztworem (obli-

czana ze staej Henryego), S szybko odnawiania powierzchni, s1, g wspczynnik wnikania masy w fazie gazowej, m/s. Poniewa w kolumnach z wypenieniem speniony jest warunek opisany

zalenoci

Bck2 >> S , (11) rwnanie (10) przybiera posta

ackD

mak BAgv 2

11 += . (12)

Prowadzc dowiadczenia dla rnych ste skadnika B i wyznaczajc w ka-dym z nich objtociowy wspczynnik przenikania masy, otrzymuje si pary wartoci 1/kv oraz k2cB. Jeeli s rwnie znane stae w kadym dowiadczeniu wartoci m i DA (naley je obliczy), to mona sporzdzi wykres zalenoci

=

ackDmf

k BAv 2

1 . (13)

Punkty pomiarowe powinny ukada si na linii prostej, dla ktrej wspczynnik kierunkowy wynosi 1/a, a punkt przecicia prostej z osi rzdnych okrela warto 1/ga. Tak prowadzone dowiadczenia pozwalaj okreli powierzchni midzyfazo-w rozwijan w jednostce objtoci wypenienia (powierzchni waciw) a oraz

22

wspczynnik wnikania masy w fazie gazowej g. W przypadku, kiedy warto wsp-czynnika g jest znana skdind, warto powierzchni midzyfazowej mona okreli na podstawie jednego dowiadczenia i rwnania (12) przeksztaconego do postaci

+=

BAgv ckD

mka2

1 . (14)

Cz dowiadczalna

Cel wiczenia

Celem wiczenia jest wyznaczenie metod chemiczn powierzchni midzyfazowej rozwijanej na kroplach, a odniesionej do jednostki objtoci czynnej poziomego ab-sorbera natryskowego.

Opis aparatury

Do przeprowadzenia wiczenia suy instalacja badawcza przedstawiona na rys. 2.1.2.

powietrze

powietrze

p p

pp10 6

39 7

8

5 2 4

10

1

pTpp

T

T

3

13

14

R

12

11Z Z

ZR

15

23

Rys. 2.1.2. Schemat instalacji badawczej: 1 wentylator promieniowy, 2 poziomy skruber natryskowy, 3 zamknicie hydrauliczne (syfonowe),

4 rozpylacz strumieniowo-wirowy, 5 odkraplacz inercyjny (pakiet elementw falistych), 6 zasuwa regula-cyjna,

7 zbiornik cieczy, 8 poziomowskaz rurkowy, 9 pompa odrodkowa, 10 rotametr przemysowy, 11 anemometr skrzydekowy, 12 cyfrowy miernik prdkoci przepywu fazy gazowej, 13 butla z CO2,

14 rotametr mierzcy przepyw CO2, 15 cyfrowy analizator ste CO2, P manometr tarczowy, p punkt pomiaru cinienia statycznego fazy gazowej w skruberze, p strata cinienia fazy gazowej midzy przekrojami pomiarowymi, T termometr, R reduktor cinienia CO2, ZR zawr regulujcy przepyw CO2

do strumienia powietrza, Z zawr regulujcy przepyw i cinienie rozpylania cieczy absorpcyjnej

Zasysane przez wentylator promieniowy (1) powietrze miesza si z CO2 (skadnik A) dozowanym z butli (13) przez reduktor cinienia (R). Strumie objtoci CO2 usta-la si za pomoc zaworu (ZR) i rotametru (14). Strumie objtoci fazy gazowej ustala si, korzystajc z zasuwy regulacyjnej (6), a prdko jej przepywu mierzy si, zanim dojdzie do poziomego absorbera natryskowego (2) w rurocigu o rednicy 200, anemometrem skrzydekowym (11) sprzonym z czytnikiem cyfrowym (12). Rze-czywist prdko gazu w aparacie (2) o rednicy 300 naley kadorazowo okreli z zalenoci

12002

300

200200300 10444,4

=

= w

dd

ww . (15)

Nadcinienie fazy gazowej oraz spadki jej cinienia w absorberze mierzy si mi-kromanometrami kompensacyjnymi typu Ascania 20. Pomiaru temperatury przepy-wajcego powietrza na obu kocach aparatu (2) i cieczy w zbiorniku (7) dokonuje si za pomoc termometrw (T). Kontrol poziomu cieczy w zbiorniku otwartym (7) umoliwia poziomowskaz rurkowy (8).

Ciecz absorpcyjn jest roztwr wodorotlenku sodowego (skadnik B), ktry do aparatu toczy si pomp odrodkow (9) i rozpyla rozpylaczami strumieniowo-wirowymi RSW 5 (4) charakteryzujcymi si tzw. penym stokiem rozpylania. Stru-mie objtoci rozpylanej cieczy ustala si, korzystajc z zaworw (Z), a mierzy ro-tametrami (10). Cinienie, pod jakim rozpyla si roztwr, odczytuje si na manome-trach tarczowych (P). Porwane krople roztworu wydziela si ze strumienia gazu w odkraplaczu inercyjnym (5). Odbierana z aparatu ciecz grawitacyjnie spywa przez hydrauliczne zamknicie syfonowe (3) do zbiornika (7).

Stenia CO2 w fazie gazowej (w powietrzu) na wlocie i na wylocie z aparatu mie-rzy si cyfrowym analizatorem (15) serii AirTECH z sensorem TeleaireTM 2001 V, ktrego zakres wynosi 010000 ppm. Wskazania analizatora odczytuje si, gdy tylko ustali si stenie CO2, co trwa 510 minut. Przed kad seri pomiarw w zbiorniku (7) naley przygotowa roztwr NaOH o odpowiednim, przyjtym w programie ba-da, steniu.

24

Sposb wykonania wiczenia

Powierzchni midzyfazow odniesion do jednostki objtoci czynnej aparatu wyznacza si bdzie wedug metody reakcji pseudopierwszorzdowej Danckwertsa.

Zanim przystpimy do przygotowania roztworu absorpcyjnego, naley zbiornik cieczy (7) napeni wod, wczy pomp (9) toczc wod do aparatu (2) oraz wentylator (1). Korzystnie jest ustali maksymalny przepyw powietrza w aparacie w celu moliwie szybkiego wyrwnania temperatury wody w zbiorniku i powietrza na wylocie z aparatu. Kiedy temperatury te wyrwnaj si, do wody w zbiorniku trzeba doda tak ilo NaOH (skadnik B), eby otrzyma wymagane stenie roztworu. Dziki dokadnemu wymieszaniu dodanego wodorotlenku sodowe-go z wod uzyskuje si roztwr jednorodny (pod wzgldem stenia NaOH) w caej objtoci zbiornika.

Z chwil gdy przygotowany roztwr absorpcyjny o znanym steniu podaje si do aparatu o okrelonym nateniu przepywu, mona do instalacji dozowa z butli CO2, ustalajc odpowiedni jego przepyw na rotametrze (14). Od tego momentu instalacja jest gotowa do eksperymentw. Natenie przepywu powietrza w aparacie (prdko fazy gazowej), dwutlenku wgla i roztworu absorpcyjnego podaje prowadzcy wi-czenie pracownik dydaktyczny. Podczas bada obserwuje si poziom cieczy w zbior-niku i jeli spada, utrzymuje si go, dolewajc wody. Ubytki cieczy mog by spowo-dowane odparowywaniem wody z cyrkulujcego w instalacji roztworu wodorotlenku sodowego.

Strumie zaabsorbowanego CO2 wyznacza si z rwnania bilansu, ktry naley przeprowadzi dla takich znanych wielkoci, jak: prdko fazy gazowej w aparacie (m/s), powierzchnia przekroju aparatu (m2), stenia CO2 na wlocie i wylocie gazu z absorbera (stenie okrelone przez analizator w ppm przeliczy na kmol/m3). Znacznie duej trwa okrelanie strumienia zaabsorbowanego dwutlenku wgla, ktry oznacza si, ustalajc w roztworze stenia wodorotlenku sodowego i wglanu sodo-wego [2], i dlatego t metod tutaj pominito.

Aby okreli objto czynn (robocz) aparatu w kadym dowiadczeniu, mie-rzy si zasig strugi kropel. Podczas wspprdowego przepywu faz w aparacie struga kropel formuje si za rozpylaczem, a podczas przeciwprdowego przed i za rozpylaczem.

Przed zmian stenia roztworu absorpcyjnego naley oprni zbiornik (7), co pociga za sob konieczno ponownego przygotowania instalacji do eksperymentw wedug podanej wczeniej procedury. Po zakoczeniu dowiadczenia zamyka si za-wr na butli gazowej z CO2, wycza analizator ste CO2 w fazie gazowej oraz pomp i wentylator. Oprnia si zbiornik z wykorzystanego roztworu NaOH, a na-stpnie instalacj pucze si piciokrotnie czyst wod (wodocigow). Pukanie pole-ga na recyrkulacji w instalacji kolejnych porcji wody przez okoo 5 minut. Ostatni, pit porcj wody zostawia si w zbiorniku.

25

Obliczenia

Na podstawie znanych wartoci, tj. prdkoci fazy gazowej w aparacie oraz po-wierzchni przekroju aparatu i ste CO2 w przekroju wlotowym i wylotowym apara-tu, oblicza si strumie zaabsorbowanej masy CO2 podczas kadego dowiadczenia wedug rwnania

( )21 AAgA ccAwn =& , (16) gdzie:

A powierzchnia przekroju poprzecznego absorbera, m2, wg prdko fazy gazowej w absorberze, m/s, cA1 stenie CO2 w przekroju wlotowym absorbera, kmol/m3, cA2 stenie CO2 w przekroju wylotowym absorbera, kmol/m3. Objto czynn (robocz) aparatu wyznacza si z zalenoci

AlV = , (17) gdzie:

A powierzchnia przekroju poprzecznego absorbera, m2, l zasig strugi kropel w aparacie, m. Stenie roztworu NaOH naley okreli w kmol/m3 na podstawie znanej iloci

rozpuszczonego wodorotlenku sodowego w znanej objtoci wody w zbiorniku insta-lacji.

Wedug Barreta [3] sta szybkoci reakcji

32 HCOOHCO + (18) dla ste OHc < 0,5 kmol/m3 mona obliczy z rwnania

( ) ( )3OH2OHOH2 815,1153,2026,16,23657529,11log ++= cccTk , (19) a dla ste OHc 0,5 kmol/m3 z rwnania

++= OH2 1317,01369,06,23657529,11log c

Tk , (20)

gdzie: OHc stenie jonw wodorotlenowych, kmol/m

3, T rednia temperatura roztworu absorpcyjnego, K.

26

Jeli zaoymy, e przenikanie masy ma charakter ustalony, to opr dyfuzyjne-go ruchu masy po stronie fazy gazowej jest pomijalnie may w porwnaniu z oporem po stronie fazy ciekej (a takie zaoenie jest spenione dla ukadu ab-sorpcyjnego CO2roztwr NaOH). Gdy natomiast zaoymy, e na powierzchni midzyfazowej panuje rwnowaga fizyczna, ktr opisuje prawo Henryego, ww-czas stenie CO2 w roztworze na powierzchni midzyfazowej mona opisa rw-naniem

AzAz pHc = , (21) gdzie:

cAz stenie CO2 na powierzchni midzyfazowej po stronie fazy ciekej, kmol/m3, H staa Henryego, kmol/J,

Azp cinienie czstkowe CO2 na powierzchni midzyfazowej, Pa. Sta Henryego wedug [4] mona obliczy z zalenoci

+= OH252 133,0108857,7109044,51229,6log cTTH . (22) Kinematyczny wspczynnik dyfuzji dwutlenku wgla w roztworze oblicza si

z prawa NernstaEinsteina, wedug ktrego dla T = const.

( ) ( ) const.85,085,0 == wAwA DD , (23) gdzie:

DA kinematyczny wspczynnik dyfuzji dwutlenku wgla w roztworze, m2/s, DAw kinematyczny wspczynnik dyfuzji dwutlenku wgla w wodzie, m2/s, dynamiczny wspczynnik lepkoci roztworu w redniej temperaturze, Pas, w dynamiczny wspczynnik lepkoci wody w temperaturze rwnej redniej

temperaturze roztworu, Pas. Wspczynnik dyfuzji dwutlenku wgla w wodzie oblicza si z zalenoci podanej

przez Barreta [3]

52 10591,23,7121764,8log

TTDAw += (24)

Zadane parametry dowiadcze oraz wyniki oblicze wielkoci fizykochemicz-nych naley zestawi w tabeli 2.1.1.

Tabela 2.1.1. Parametry dowiadcze i wyniki oblicze wielkoci fizykochemicznych

wg Lc Tg Tc cA1 cA2 cB H pAz cAz w DAw DA k2

27

sm

hmm

2

3 K K 3mkmol

3mkmol

3mkmol

Jmol Pa 3m

kmol sPa sPa s

m2 s

m2 skmol

m3

Wyniki oblicze wielkoci pomocniczych koniecznych do okrelenia powierzchni

kontaktu midzyfazowego i wspczynnika wnikania masy w fazie ciekej trzeba ze-stawi w tabeli 2.1.2. Wartoci BA crDa 2

2 oraz ( )2ac , wystpujce w dwch ostatnich kolumnach tej tabeli, odczytuje si z wykresw przedstawiajcych funkcj dan rw-naniem (6).

Tabela 2.1.2. Zestawienie wynikw oblicze wielkoci pomocniczych koniecznych do okrelenia powierzchni midzyfazowej

wg Lc V cB cA1 cA2 An& 2

AzA

cVn&

BA crDa 22 ( )2ac

m/s m3/m2h m3 kmol/m3 ppm kmol/m3 ppm kmol/m3 kmol/s s2 s2 s2

Sposb przedstawienia wynikw

Wyniki pomiarw i oblicze naley przedstawi nie tylko w formie tabeli 2.1.1 i 2.1.2, ale rwnie graficznie w postaci rysunkw przedstawiajcych zalenoci (6) dla kadej serii pomiarowej. Na podstawie uzyskanych na rysunkach linii prostych mona wyznaczy wartoci powierzchni midzyfazowej odniesionej do jednostki ob-jtoci aparatu i wspczynnikw fizycznego wnikania masy w fazie ciekej.

Otrzymane wartoci naley zestawi w tabeli 2.1.3.

Tabela 2.1.3. Wartoci jednostkowej powierzchni midzyfazowej i wspczynnika wnikania masy w fazie ciekej

wg Lc a c m/s m3/m2h m2/m3 m/s

28

Zestawione w tabeli 2.1.3 wartoci su do sporzdzenia rysunkw przedstawiaj-

cych zalenoci jednostkowej powierzchni midzyfazowej i wspczynnika fizyczne-go wnikania masy w fazie ciekej od prdkoci fazy gazowej i gstoci zraszania w absorberze.

Sprawozdanie z wiczenia powinno zawiera: a) teoretyczne wprowadzenie do wiczenia, b) cel i zakres wiczenia, c) opis stanowiska badawczego, d) opis metod badawczych, e) tabelaryczne zestawienie wynikw pomiarw i oblicze (tabele 2.1.1.2.1.3), f) graficzne przedstawienie uzyskanych zalenoci podanych oglnym rwna-

niem (6), g) graficzne przedstawienie zalenoci jednostkowej powierzchni midzyfazowej

i wspczynnika fizycznego wnikania masy w fazie ciekej od prdkoci fazy gazowej i gstoci zraszania w absorberze,

h) omwienie uzyskanych wynikw bada i zalenoci, i) wnioski.

Literatura uzupeniajca

[1] PAMM . ., A . . , , 1976. [2] BELINA-FREUNDLICH D. (red.), Laboratorium inynierii procesowej. Cz. II. Przenoszenie ciepa

i masy, Wyd. Politechniki Wrocawskiej, Wrocaw, 1981. [3] BARRET P.R.W., Ph. D. Thesis, University of Cambridge, 1964. [4] KUDRA T., STRUMIO Cz., Wymiana masy w procesie absorpcji z reakcj chemiczn w trjfazowym

zou fluidalnym, Inynieria Chemiczna, 1975, 4, s. 809.

2.1.3. Badanie hydrauliki przepywu fazy gazowej w poziomym skruberze natryskowym

Wprowadzenie

W technice oczyszczania gazw odlotowych powszechnie stosuje si mokre meto-dy, ktrych istota polega na kontaktowaniu oczyszczanych gazw z ciecz w apara-tach zwanych puczkami (odpylanie) lub absorberami (absorpcja zanieczyszcze ga-zowych). Jedne i drugie s nazywane skruberami. W skruberach jednoczenie z od-

29

pylaniem i absorpcj zanieczyszcze gazowych mona gazy schadza i nawila lub osusza (bezprzeponowa wymiana ciepa i masy).

Spord skruberw puczki i absorbery natryskowe wyrniaj si prostot kon-strukcji i dziaania. Wystpuj one najczciej jako kolumny pionowe, w ktrych faza cieka i gazowa przemieszczaj si wzgldem siebie wsp- lub przeciwprdowo, rza-dziej krzyowo, a jeszcze rzadziej rewersyjnie, kiedy w skruberze gaz przepywa z gry w d, a kierunek strumienia kropel cieczy, pocztkowo skierowanego do gry, zmienia si z przeciwprdowego na wspprdowy. W instalacjach do oczyszczania gazw odlotowych mona coraz czciej spotka poziome skrubery natryskowe, w ktrych wzajemny przepyw strumienia oczyszczanego gazu i kropel cieczy moe by rwnie przeciwprdowy, wspprdowy, krzyowy lub rewersyjny.

Zasad dziaania puczek i absorberw natryskowych jest kontaktowanie stru-mienia zanieczyszczonych gazw w kolumnie lub w komorze z rozpylon (rozpro-szon) na krople ciecz. Najczciej ciecz rozpyla si za pomoc rozpylaczy hy-draulicznych (wirowych, strumieniowo-wirowych, uderzeniowych), zdecydowanie rzadziej za pomoc rozpylaczy pneumatycznych lub mechanicznych (rotacyjnych) czy te przez grawitacyjny wypyw cieczy z otworw rozmieszczonych na po-wierzchni kolektorw cieczowych. Efekt pracy skruberw natryskowych zaley nie tylko od waciwej konstrukcji i wielkoci rozpylaczy, ale i od sposobu rozmiesz-czenia ich w przestrzeni aparatu, a take od profilu prdkoci gazu w skruberze i rwnomiernoci gstoci zraszania go w caym przekroju przepywu strumienia gazu. Czciowe wyrwnanie profilu prdkoci gazu uzyskuje si, skierowujc strumie gazu deflektorem za wlotem do skrubera w kierunku jego dna, wprowadza-jc gaz do wntrza skrubera krcem kolanowym lub prostym ze citym pod ktem 4560 stopni bosym kocem albo stosujc odpowiedni kierownic. Ze wzgldu na wynoszenie kropel cieczy przez strumie gazu skrubery natryskowe wyposaa si w separatory kropel (odkraplacze), ktre dziaaj na zasadzie uderzeniowo-inercyjnego mechanizmu wydzielania kropel, lub takie separatory umieszcza si za skruberami.

Projektant powinien zna opory przepywu w skruberach natryskowych fazy ga-zowej, poniewa to one i opory przepywu w przewodach i w pozostaych aparatach instalacji technologicznej decyduj o wielkoci wentylatora i mocy silnika niezbd-nej do jego napdu. Gdyby skruber natryskowy potraktowa jako nie zraszany przewd rurowy prosty, warto oporw hydraulicznych (strata cinienia fazy ga-zowej) spowodowanych tarciem wewntrznym pynu tp zaleaaby od prdkoci przepywu gazu w, jego waciwoci fizycznych (gstoci , lepkoci ) oraz para-metrw geometrycznych przewodu (ksztatu, dugoci lub wysokoci L, rednicy d i szorstkoci k). Na podstawie analizy wymiarowej zaleno t mona przedstawi w postaci:

30

=

dLwdf

wpt ,2

, (1)

gdzie:

Euw

pt = 2 liczba Eulera,

Rewd = liczba Reynoldsa,

dL simpleks geometryczny.

Na podstawie bada eksperymentalnych stwierdzono, e rwnanie to dla strumieni izotermicznych (temperatura pynu przepywajcego przez przewd jest staa) przy-biera prost posta:

2

2 wdLpt = . (2)

Jest to rwnanie DarcyegoWeissbacha, w ktrym jest funkcj liczby Reynoldsa oraz szorstkoci wewntrznej powierzchni przewodu i nosi nazw wspczynnika oporu. W warunkach przepywu laminarnego (uwarstwionego lub inaczej uporzdkowanego, czyli gdy Re < 2300) warto nie zaley od szorstkoci powierzchni przewodu, a jedynie od liczby Reynoldsa i mona j wyznaczy z zalenoci:

Rea= . (3)

Staa a zaley od ksztatu przekroju poprzecznego przewodu. Dla przekroju ko-owego a = 64. Dla przewodu o poprzecznym przekroju niekoowym wartoci wsp-czynnika a podano w tabeli 2.1.4.

Tabela 2.1.4. Wartoci rednicy zastpczej i wspczynnika a dla rnych ksztatw przekroju przewodu przy przepywie uwarstwionym [1]

Rodzaj przekroju Warto rednicy dz Warto staej a Koo o rednicy d Kwadrat o boku a Trjkt rwnoboczny o boku a Piercie o szerokoci s Prostokt o bokach a i b:

ab 0 a/b = 0,1

d a

0,58a 2s

2a 1,81a

64 57 53 96

96 85

31

a/b = 0,25 a/b = 0,5

Elipsa (a o maa, b o dua) a/b = 0,1 a/b = 0,3 a/b = 0,5

1,6a 1,3a

1,55a 1,4a 1,3a

73 62

78 73 68

Dla ruchu burzliwego (Re > 2300) i przewodw gadkich (szklanych, miedzianych,

oowianych) obowizuje wyprowadzona teoretycznie zaleno PrandtlaKarmana:

( ) 8,0lg0,21 = Re . (4) Dla 3.103 < Re < 5.104 mona stosowa zaleno empiryczn Blasiusa:

25,03164,0

Re= . (5)

Dla zakresu 3.103 < Re < 5.106 Koo zaproponowa zaleno empiryczn:

0052,05,0 32,0 += Re . (6)

Aby obliczy wspczynnik tarcia w przewodach o ciankach szorstkich (stalowych, eliwnych, elbetowych, murowanych), stosuje si zaleno ColebrookaWhitea:

+=

dk

Re 72,351,2lg21 , (7)

w ktrej:

dk

szorstko (chropowato) wzgldna,

k bezwzgldna przecitna wysoko nierwnoci na powierzchniach cianek, inaczej szorstko (chropowato) bezwzgldna, m,

d rednica przewodu, m. W hydromechanice przewd uwaa si za szorstki, jeeli

875,030

Redk . (8)

W przewodach (skruberach), na ciankach ktrych krystalizuj sole lub powstaj zogi, szorstko bezwzgldna cian k dochodzi do 20 i wicej milimetrw. Orienta-cyjne rednie wartoci bezwzgldnej szorstkoci rur podano w tabeli 2.1.5.

32

W przypadku przepywu nieizotermicznego, gdy pyn przepywajcy przez prze-wd ogrzewa si lub ochadza (temperatura cianki rni si od temperatury strumie-nia pynu), wartoci wspczynnika obliczone wedug wzorw (4), (5) i (6) naley pomnoy przez bezwymiarowe wspczynniki poprawkowe x .

Dla przepywu uwarstwionego

+

=

15,0

p

pp31

p

22,01Re

PrGrPrPr

x , (9)

a dla przepywu burzliwego w przewodach technicznie gadkich

31

p

c

=

PrPr

x , (10)

gdzie: Rep, Prp, Grp liczby Reynoldsa, Prandtla i Grashofa obliczone dla redniej tem-

peratury pynu, Prc liczba Prandtla obliczona dla pynu przy redniej temperaturze cianki prze-

wodu.

Tabela 2.1.5. Wartoci szorstkoci bezwzgldnej k rur

Rodzaj rur Szorstko bezwzgldna k (mm) Gadkie rury cignione [2] Zwyke rury stalowe handlowe [2] Rury stalowe cignione bez szwu i spawane doczoowo, nieznacznie skorodowane [1] Stare rury stalowe skorodowane [1] Rury z czarnej blachy stalowej pokryte pokostem [1] Nitowane rury stalowe [2] Rury aluminiowe techniczne, gadkie [1] Rury czyste cignione bez szwu z miedzi, mosidzu i oowiu, rury szklane [1] eliwne rury lane [2] Rury betonowe o powierzchni gadkiej [1] Rury betonowe o powierzchni szorstkiej [1]

0,0015 0,045 0,2 0,67 0,125 0,99,0 0,0150,06 0,00150,01 0,25 0,30,8 3,09,0

Strata cinienia na pokonanie oporw miejscowych, wynikajca z umieszczenia w skruberze elementw zakcajcych prostoliniowy przepyw fazy gazowej (wlot i wylot gazu, kierownica strugi gazu, kolektory z rozpylaczami cieczy, wbudowany odkraplacz), wie si z nieodwracalnoci procesw sprania

33

i rozprania przepywajcego gazu. Jej warto jest proporcjonalna do energii kinetycznej gazu:

2

2

1

wpn

iim

== , (11)

gdzie: i wspczynnik oporu miejscowego i-tego elementu,

n liczba elementw stwarzajcych opory miejscowe. Wartoci wspczynnika oporu miejscowego w konkretnych przypadkach mona

ustali, korzystajc z prac [3, 4]. W skruberze o dugoci (wysokoci) L i rednicy d, w ktrym wystpuj opory

miejscowe, z chwil pojawienia si przepywu jednofazowego (nie wystpuje zrasza-nie) powstaj straty cinienia fazy gazowej wyraone zalenoci:

2

2

1ap.s.

wdLpppp

n

iimtmt

+=+==

=+ . (12)

Z chwil pojawienia si w przestrzeni skrubera strugi kropel rozpylonej cieczy za-chodzi wzajemne oddziaywanie obu faz i opory przepywu (straty cinienia) fazy gazowej ulegaj zmianie wedug zalenoci:

kr.ap.s.ap.m. ppp += , (13)

gdzie kr.p oznacza strat cinienia fazy gazowej w wyniku rozpylenia cieczy na kro-ple i przemieszczania si ich w skruberze.

Straty cinienia fazy gazowej wywoane tarciem wewntrznym, oporami miejsco-wymi na kolektorach doprowadzajcych ciecz do rozpylaczy i na rozpylaczach (z pominiciem odkraplacza) oraz oddziaywaniem kropel cieczy w skruberze na gaz mona zatem opisa rwnaniem:

odkr.ap.skr. ppp = , (14)

a straty cinienia spowodowane oddziaywaniem kropel na gaz rwnaniem:

skr.s.skr.m.kr. ppp = , (15) gdzie:

pskr. m. strata cinienia w skruberze zraszanym, pskr. s. strata cinienia w skruberze bez zraszania.

34

Cz dowiadczalna

Cel wiczenia

Celem wiczenia jest wyznaczenie strat cinienia powstajcych podczas jedno- i dwu-fazowego ( pap. s., pap. m., pskr. s., pskr. m.) przepywu powietrza przez skruber z odkra-placzem i bez odkraplacza oraz skadowej strat cinienia spowodowanych rozpyleniem w skruberze cieczy ( pk).

Opis aparatury

Schemat instalacji dowiadczalnej przedstawiono na rys. 2.1.3. Przedmiotem ba-da jest poziomy skruber natryskowy (2) o rednicy 300 mm, wewntrz ktrego umieszczono strumieniowo-wirowe rozpylacze cieczy (4) o rednicy otworu wyloto-wego 5 mm. Mona je ustawia w skruberze tak, by ciecz bya rozpylana wsp- lub przeciwprdowo do przepywajcego powietrza. Wentylator (1) toczy powietrze z otoczenia do skrubera, a nastpnie odprowadza je do atmosfery. Prdko przepywu powietrza przez instalacj mierzy si z dokadnoci 0,1 m/s w przewodzie tocznym o rednicy 200 mm przed skruberem za pomoc anemometru skrzydekowego (3) sprz-onego przez ukad elektroniczny z czytnikiem cyfrowym (11). Strumie objtoci powietrza w instalacji ustala si, korzystajc z zasuwy rcznej (6). Temperatur prze-pywajcego powietrza na obu kocach skrubera i cieczy w zbiorniku (7) mierzy si termometrami T.

Aby okreli straty cinienia p w skruberze i na odkraplaczu, do mikromanomer-tu kompensacyjnego typu Askania 20 przekazuje si impulsy cinienia statycznego powietrza w przekrojach zlokalizowanych na pocztku i kocu skrubera oraz przed i za odkraplaczem inercyjnym (5) za pomoc gitkich przewodw (wykw). Kontrol poziomu cieczy w zbiorniku otwartym (7) umoliwia poziomowskaz rurkowy (8). Ciecz (wod) do skrubera toczy si pomp odrodkow (9). Strumie objtoci cieczy rozpylanej w skruberze mierzy si rotametrami (10), a cinienie cieczy przed rozpyla-czami manometrami tarczowymi (P).

35

powietrze

powietrze

p p

PP10

3

6

9 7

8

5 2 4

11

10

1

pTpp

T

T

3

Rys. 2.1.3. Schemat instalacji badawczej: 1 wentylator promieniowy, 2 poziomy skruber natryskowy, 3 anemometr skrzydekowy,

4 rozpylacz strumieniowo-wirowy, 5 odkraplacz inercyjny (pakiet elementw falistych), 6 zasuwa regula-cyjna,

7 zbiornik cieczy, 8 poziomowskaz rurkowy, 9 pompa odrodkowa, 10 rotametr przemysowy, 11 cyfrowy miernik prdkoci przepywu fazy gazowej, P manometr tarczowy, p punkt pomiaru cinienia statycznego fazy gazowej w skruberze, p strata cinienia fazy gazowej midzy przekrojami pomiarowymi,

T termometr

Sposb wykonania wiczenia

Przed przystpieniem do wiczenia naley sprawdzi, czy: zbiornik (7) jest wype-niony ciecz (wod) co najmniej do poowy jego wysokoci; zasuwa (6) i zawory przed rozpylaczami s zamknite; rozpylacze (4) s skierowane otworami wylotowy-mi w kierunku zgodnym z zadanym przez prowadzcego kierunkiem rozpylania cie-czy wzgldem kierunku przepywu powietrza w skruberze (wsp- lub przeciwprd); przewody impulsowe cinienia statycznego powietrza waciwie podczone do kr-cw mikromanometru kompensacyjnego (wiksze cinienie do krca +); podstawa mikromanometru jest wypoziomowana, a sam mikromanometr wypeniony wod i na skalach wskazuje zero.

Po uruchomieniu wentylatora za pomoc pokrta zasuwy (6) ustali na sprzo-nym z anemometrem czytniku cyfrowym waciw prdko przepywu powietrza, majc na uwadze to, e czytnik wskazuje prdko w przewodzie o rednicy 200 mm. Prdkoci tej odpowiada prdko w skruberze ( 300) obliczona z zalenoci:

36

12002

300

200200300 10444,4

=

= w

dd

ww , (16)

gdzie: w300 prdko w skruberze, m/s, w200 prdko zmierzona w rurocigu o rednicy 200 mm, m/s, d200 rednica rurocigu tocznego, mm, d300 rednica skrubera, mm. Po uruchomieniu pompy odrodkowej naley ustali na rotametrach waciwe

strumienie objtoci rozpylanej w skruberze wody (jednakowe dla wszystkich rozpy-laczy) i odczyta na manometrach cinienie rozpylania lub, co jest wygodniejsze, usta-li cinienie rozpylania (jednakowe dla wszystkich rozpylaczy) i odczyta na rotame-trach odpowiadajce mu strumienie objtoci wody. Znajc strumienie objtoci rozpylanej wody, mona obliczy gsto zraszania skrubera z zalenoci:

,A

VL cc

&= m3/m2h , (17)

gdzie: cV& strumie objtoci wody, m3/h, A powierzchnia przekroju skrubera, m2. wiczenie powinno obejmowa co najmniej 4 serie pomiarowe strat cinienia

fazy gazowej dla zadanych gstoci zraszania skrubera (cinie rozpylania wody, np. dla 0,1; 0,2; 0,3; 0,4 MPa) i 1 seri w warunkach pracy skrubera bez zraszania. W kadej serii naley zmieni co najmniej 8-krotnie prdko powietrza w skrube-rze (od 0 do 14 m/s w rurocigu o rednicy 200 mm). Pomiary strat cinienia wyko-nuje si, gdy powietrze przepywa przez skruber z odkraplaczem pap.s. (podczas pracy skruber nie jest zraszany) i pap.m. (przepyw dwufazowy) oraz przez sam odkra-placz podkr.. Rnica tych strat cinienia ( pap.s. podkr. oraz pap.m. podkr.) dla identycznych parametrach pracy (Lc, w) wyznacza straty cinienia powietrza w skruberze bez odkraplacza pskr.. Straty cinienia wywoane obecnoci kropel cieczy w fazie gazowej pkr. naley wyznaczy z rnicy wartoci pskr. uzyska-nych dla przepywu jedno-i dwufazowego przy takich samych prdkociach fazy gazowej w skruberze.

Rwnolegle z pomiarami strat cinienia naley mierzy i notowa temperatur po-wietrza w skruberze na wlocie i wylocie Tp1 i Tp2, wody w zbiorniku Tc oraz cinienie atmosferyczne Patm..

Zasada pomiaru strat cinienia w skruberze mikromanometrem kompensacyjnym polega na skompensowaniu wysokoci supa wody rnicy cinie powstajcych podczas przepywu powietrza w skruberze. Odczytujc rnic wysokoci poziomw

37

wody w zbiorniku wyrwnawczym i obserwacyjnym okrela si w mm supa wody mierzon rnic cinie. Do dokadnego ustalenia pooenia poziomu wody w zbior-niku obserwacyjnym suy stokowy bolec. Gdy jego obserwowany w zwierciadle obraz pozorny i odbity na powierzchni wody w zbiorniku obserwacyjnym zetkn si wierzchokami, dotyka on wtedy dokadnie zwierciada wody, co znaczy, e rnica cinie zostaa dokadnie skompensowana wysokoci supa wody midzy obydwoma zbiornikami mikromanometru. Zadanie wykonujcego odczytu wysokoci supa wody w mikromanometrze polega na takim ustawieniu pokrtem sprzonym ze rub mikromanometryczn zbiornika wyrwnawczego, aby uzyska wanie taki obraz w lusterku. Zasad konstrukcji i dziaania mikromanometru kompensacyjnego typu Ascania 20 opisano w [5, 6].

Sposb przedstawienia wynikw

Wyniki pomiarw i oblicze naley przedstawi wedug wzoru podanego w tabeli 2.1.6. Na podstawie wynikw pomiarw i przeprowadzonych oblicze naley:

a) sporzdzi wykresy zalenoci pap.s. = f(w), podkr. = f(w), pskr.s. = f(w) dla skrubera pracujcego bez zraszania (Lc = 0) oraz pap.m. = f(w), podkr. = f(w), pskr.m. = f(w), pk = f(w) dla skrubera zraszanego przy zadanych gstociach zra-szania,

b) sporzdzi wykresy zalenoci pap.m. = f(Lc), podkr. = f(Lc), pskr.m. = f(Lc), pk = f(Lc),

c) dokona porwnania i podsumowania uzyskanych wynikw, d) opracowa wnioski, e) poda interpretacj przyczyn zaobserwowanych strat cinienia powietrza

w skruberze zraszanym, f) poda i uzasadni moliwo praktycznego wykorzystania dodatniego wpywu

wspprdowego rozpylania cieczy w skruberach natryskowych.

Tabela 2.1.6. Wyniki pomiarw i oblicze strat cinienia powietrza na odkraplaczu i w skruberze natryskowym o wspprdowym/przeciwprdowym przepywie faz

cV pr

Lc

Prdko fazy gazowej w przekroju

Straty cinienia fazy gazowej

Tp1

Tp2

Tc

Patm.

200 300 pap. podkr. pskr. pk m3/h MPa m3/m2

h m/s m/s Pa Pa Pa Pa Pa Pa K K K hPa

38

cV strumie objetoci rozpylanej w skruberze cieczy, m

3/h,

pr cinienie rozpylania cieczy w skruberze, MPa, Lc gsto zraszania, m3/m2h, pap. straty cinienia fazy gazowej, Pa, podkr. straty cinienia fazy gazowej na odkraplaczu, Pa, pskr. straty cinienia fazy gazowej w skruberze, Pa, pk straty cinienia fazy gazowej wywoane obecnoci kropel cieczy, Pa, Tp1 temperatura fazy gazowej na wlocie do skrubera, K, Tp2 temperatura fazy gazowej na wylocie ze skrubera, K, Tc temperatura cieczy rozpylanej w skruberze, K, Patm. cinienie barometryczne, hPa.

Literatura uzupeniajca

[1] PAWOW K.F., ROMANKOW P.G., NOSKOW A.A., Przykady i zadania z zakresu aparatury i inynierii chemicznej, wyd. V, WNT, Warszawa 1981.

[2] RIETSCHEL H., RAI W., Ogrzewanie i klimatyzacja. Tom II. Podstawy i metody oblicze, Arkady, Warszawa 1973.

[3] FERENCOWICZ J., Wentylacja i klimatyzacja, wyd. II, Arkady, Warszawa 1964. [4] MALICKI M., Wentylacja i klimatyzacja, wyd. III, PWN, Warszawa 1980. [5] BOBISKI A., KOMSTA W., LORENS M., Wentylacja i klimatyzacja w przemyle lekkim, WNT, War-

szawa 1970. [6] KOODZIEJCZYK L., RUBIK M., MAKOWSKI S., Pomiary w inynierii sanitarnej, Arkady, Warszawa

1974.

38

2.1.4. Badanie absorpcji dwutlenku siarki w skruberze natryskowym

Wprowadzenie

Absorpcja jest zjawiskiem polegajcym na pochanianiu gazu przez ciecz. Aparaty, w ktrych prowadzi si absorpcj gazw, nazywaj si absorberami. W zalenoci od sposobu kontaktowania si w aparacie fazy ciekej z gazow wyrnia si absorbery natryskowe, pkowe, z wypenieniem stacjonarnym lub fluidalnym, barbotaowe, ze zwk Venturiego i mechaniczne. Su one do oczyszczania gazw odlotowych.

Absorbery natryskowe znalazy powszechne zastosowanie midzy innymi w instala-cjach oczyszczania gazw odlotowych z zawartych w nich skadnikw gazowych. Stosuje si je do absorpcji NH3 w wodzie, H2S w wodzie zwykej lub amoniakalnej, SO2 w wo-dzie i roztworach alkalicznych, chloru w zawiesinie Ca(OH)2, HF w wodzie, roztworach alkalicznych lub roztworze soli [1, 2]. Od kilkunastu lat sprawdzaj si one w mokrych technologiach odsiarczania spalin kotowych. Zazwyczaj absorberw natryskowych uy-wa si w procesach absorpcji gazw dobrze rozpuszczalnych w cieczach.

Najwiksze liczby jednostek przenoszenia masy (do 6) uzyskuje si w pionowych przeciwprdowych skruberach natryskowych po spenieniu odpowiednich warunkw hydrodynamicznych i wymiany masy. W aparatach przeciwprdowych poziomych liczba ta zwykle nie przekracza 3,5, a we wspprdowych z przepywem gazu i kropel cieczy skierowanym w d waha si ona w przedziale 0,52,0. Powierzchnia kontaktu faz w absorberach natryskowych jest proporcjonalna do gstoci zraszania, dlatego przy maych gstociach zraszania absorbery te charakteryzuj si niewielk efektywnoci oczyszcza-nia gazw. Zwykle stosuje si w nich gstoci zraszania nie mniejsze od 1020 m3/m2h. Aby ograniczy unoszenie kropel, faz gazow przepuszcza si przez skruber natryskowy z prdkoci mniejsz od prdkoci swobodnego opadania kropel (0,81,5 m/s), co z kolei wpywa niekorzystnie na intensywno przenikania masy i wielko powierzchni przekro-ju przepywowego skrubera. W ostatnim trzydziestoleciu wprowadzono pionowe skrube-ry natryskowe, w ktrych prdko gazu osiga warto 5,58,0 m/s, a gsto zraszania 3045 m3/m2h. Porywan ciecz absorpcyjn z takich skruberw usuwa si ze strumienia gazu w odkraplaczach, najczciej inercyjnych aluzyjnych. Poziome absorbery natry-skowe s najmniej zbadane i poznane pod wzgldem procesu wnikania masy.

Efekty koalescencji kropel, ich porywanie i unoszenie, zawirowania strugi gazu w strefie wypywu cieczy z rozpylacza, polidyspersyjno zbioru kropel w aparacie, wtrny rozpad kropel, osadzanie kropel na cianach aparatu, wystpowanie filmu cie-czy spywajcej po cianach aparatu to gwne czynniki uniemoliwiajce przyjcie jednego modelu obliczeniowego dla absorberw natryskowych. Wyniki bada labora-

39

toryjnych wnikania masy w fazie gazowej, przeprowadzonych dla pojedynczych kro-pel, mona wyrazi rwnaniem oglnym [1, 2]:

nmgg ScbReaSh += , (1) gdzie:

Shg liczba Sherwooda (Shg = g dk/DAB), Reg liczba Reynoldsa (Reg = uwk dk g/g), Sc liczba Schmidta (Sc = g/DAB), a, b, m, n stae dowiadczalne, DAB kinetyczny wspczynnik dyfuzji substancji przenoszonej w fazie gazowej,

m2/s, dk rednia objtociowo-powierzchniowa (Sautera) rednica kropli w strudze, m, uwk wzgldna prdko kropli (wzgldem prdkoci fazy gazowej w aparacie), m/s, g wspczynnik wnikania masy od strony gazu do powierzchni kropli, m/s, g dynamiczny wspczynnik lepkoci fazy gazowej, kg/m s, g kinematyczny wspczynnik lepkoci fazy gazowej, m2/s, g gsto fazy gazowej, kg/m3. Wnikanie masy w fazie ciekej (do kropel) dla duych wartoci liczby Fouriera

),0293,0( 2 >= kAB dDFo co zapewnia dostatecznie dugi czas kontaktu cieczy z gazem, opisuje rwnanie

6,6=AB

kcc D

dSh

, (2)

a dla liczby Fouriera 0293,0

40

absorpcji skadnika gazowego taki sam, a zatem bilans masowy absorbera mona wy-razi rwnaniem:

( )21 yynn gA = && , (4) gdzie:

An& strumie masy zaabsorbowanego skadnika gazowego, kmol/s, gn& strumie objtoci oczyszczanych gazw odlotowych, m3/s,

y1 stenie absorbowanego zanieczyszczenia w fazie gazowej na wlocie do ab-sorbera, kmol/m3,

y2 stenie absorbowanego zanieczyszczenia w fazie gazowej na wylocie z ab-sorbera, kmol/m3.

Strumie wnikajcej masy skadnika gazowego w fazie gazowej i ciekej w warunkach ustalonych absorpcji okrela rwnanie:

( ) ( )xxFyyFn icigA == & , (5) gdzie:

g wspczynnik wnikania masy w fazie gazowej, kmol/m2s, c wspczynnik wnikania masy w fazie ciekej, kmol/m2s,

F powierzchnia kontaktu midzyfazowego, m2, y stenie absorbowanego skadnika w rdzeniu fazy gazowej, kmol A/(kmol

A+B), iy stenie absorbowanego skadnika na granicy rozdziau faz po stronie fazy

gazowej, kmol A/(kmol A+B), ix stenie absorbowanego skadnika na granicy rozdziau faz po stronie fazy

ciekej, kmol A/(kmol A+B), x stenia absorbowanego skadnika w rdzeniu fazy ciekej, kmol A/(kmol

A+B). Wychodzc z warunku rwnowagi faz przy powierzchni midzyfazowej

( iii xmy = ) i eliminujc z rwnania (5) yi oraz xi, po przeksztaceniach otrzymamy rwnanie przenikania masy:

)()( xxFkyyFkn cgA == & , (6) gdzie kg i kc oznaczaj odpowiednio wspczynniki przenikania masy odniesione do fazy gazowej i ciekej okrelone rwnaniami:

41

cgg

mk +=

11 , (7)

cgc mk 111 += , (8)

gdzie: y stenie absorbowanego skadnika w fazie gazowej rwnowagowe z jego

zawartoci w cieczy, kmolA/(kmol A+B), x stenie absorbowanego skadnika w fazie ciekej rwnowagowe z jego za-

wartoci w fazie gazowej, kmolA/(kmol A+B), m staa rwnowagi faz lub redni wspczynnik kierunkowy nachylenia linii

rwnowagi ukadu gazciecz (gdy jest spenione prawo Henryego) lub zamiennik ste (gdy stenie absorbowanego skadnika w cieczy xA 0),

y y* sia napdowa przenikania masy odniesiona do fazy gazowej, x* x sia napdowa przenikania masy odniesiona do fazy ciekej. Wyraenia (uamki) po lewej i prawej stronie rwnania oznaczaj odpowiednio

opr dyfuzyjny przenikania masy oraz opory dyfuzyjne wnikania masy w fazie gazo-wej i ciekej. W przypadku, gdy gwny opr dyfuzyjny jest skupiony w fazie gazo-wej, tzn. dla gcm /1/

42

*2

*1

*2

*1

r.

lnyy

yyy

= , (12)

gdzie: *1y sia napdowa w przekroju wlotowym aparatu ( *1y = y1 *1y ), *2y sia napdowa w przekroju wylotowym aparatu ( *2y = y2 *2y ),

y1, y2 stenia absorbowanego skadnika w fazie gazowej odpowiednio w prze-kroju wlotowym i wylotowym aparatu,

*1y ,

*2y stenia absorbowanego skadnika w fazie gazowej rwnowagowe z jego

zawartoci w cieczy odpowiednio na wlocie i wylocie z aparatu. Gdy absorpcja skadnika fazy gazowej jest poczona z szybk reakcj chemiczn

w fazie ciekej (np. absorpcja SO2 w wodnym roztworze NaOH), wwczas stenie rwnowagowe y* = 0, zatem dla aparatu o przekroju koowym rwnanie przenikania masy mona zapisa w postaci:

2

1

212

2

1

21r.ap.

ln4

lnyyyy

lDk

yyyy

AlkyVkn gvgvgvA===& , (13)

a rwnanie bilansu w postaci:

( ) ( )21221 4 yywDyyAwn ggA ==& , (14)

gdzie: A powierzchnia przekroju poprzecznego aparatu, m2, D rednica aparatu, m, l wysoko czynna aparatu (dugo w przypadku aparatu poziomego), m, Vap. objto czynna aparatu, m3, wg rednia prdko gazu w przekroju aparatu, m/s. Z rwna (13) i (14) wynika, e objtociowy wspczynnik przenikania masy dla

absorpcji poczonej z szybk reakcj chemiczn i zachodzcej w aparacie natrysko-wym mona obliczy z zalenoci:

2

1lnyy

lw

k ggvgv == . (15)

43

Z rwnania (15) wida, e mona wyznaczy objtociowy wspczynnik prze-nikania masy kgv (wnikania masy gv), jeli w ustalonych warunkach absorpcji zmierzymy dugo strefy kontaktu midzyfazowego l w skruberze, prdko fazy gazowej wg i stenia absorbowanego skadnika w na wlocie y1 i wylocie z aparatu y2.

Jeeli stenia absorbowanego skadnika gazowego okrela si w g/m3, to rwna-nie (15) przyjmuje posta:

2

1lncc

lw

k ggvgv == , (16)

gdzie: kgv objtociowy wspczynnik przenikania masy odniesiony do fazy gazowej, s1, gv objtociowy wspczynnik wnikania masy odniesiony do fazy gazowej, s1, c1 stenie absorbowanego skadnika w fazie gazowej na wlocie do absorbera, g/m3, c2 stenie absorbowanego skadnika w fazie gazowej na wylocie z absorbera, g/m3.

Cz dowiadczalna

Cel wiczenia

Celem wiczenia jest okrelenie, jak skuteczno odsiarczania i szybko prze-nikania masy w ukadzie absorpcyjnym SO2 w powietrzuwodny roztwr NaOH zaley od prdkoci fazy gazowej i gstoci zraszania w poziomym absorberze na-tryskowym.

Opis aparatury

Do przeprowadzenia wiczenia suy instalacja badawcza przedstawiona schema-tycznie na rys. 2.1.4. Powietrze toczone przez wentylator (1) przed wejciem do skru-bera natryskowego (2) o rednicy 300 mm miesza si z dwutlenkiem siarki dozowa-nym z butli (13). Pomiar cinienia SO2 w butli oraz regulacj cinienia w przewodzie doprowadzajcym ten gaz do skrubera umoliwia reduktor (R). Strumie objtoci dozowanego SO2 ustala si za pomoc zaworu regulacyjnego (ZR) i rotametru (14). Zanieczyszczone dwutlenkiem siarki powietrze w skruberze (2) kontaktuje si z rozpylonym za pomoc rozpylaczy strumieniowo-wirowych RSW 5 (4) wodnym roztworem NaOH, ktry ze zbiornika (7) toczy pompa wirowa (9). Ciecz ze skrubera przez zamknicie hydrauliczne (3) odpywa grawitacyjnie do zbiornika (7). Kierunek przepywu faz w skruberze moe by wsp- lub przeciwprdowy (ustala go prowa-dzcy wiczenie). Strumie objtoci rozpylanej cieczy absorpcyjnej ustala si, korzy-

44

stajc z zaworw (Z), a mierzy si rotametrami przemysowymi (10). Cinienie rozpy-lania cieczy mierz manometry tarczowe (P), a prdko fazy gazowej w rurocigu o rednicy 200 mm anemometr skrzydekowy (11) sprzony przez ukad elektronicz-ny z czytnikiem cyfrowym (12). Zmian prdkoci fazy gazowej umoliwia zasuwa (6). Porwane ze skrubera krople cieczy usuwa si z fazy gazowej w odkraplaczu (5), a oczyszczone powietrze wyprowadza si na zewntrz hali laboratoryjnej. Nadcinienie fazy gazowej oraz spadki jej cinienia w skruberze mierzy si mikromanometrami kompensacyjnymi typu Ascania 20. Pomiaru temperatury przepywajcego powietrza na obu kocach skrubera i cieczy w zbiorniku (7) dokonuje si za pomoc termome-trw (T). Kontrol poziomu cieczy w zbiorniku otwartym (7) umoliwia poziomow-skaz rurkowy (8).

Do pomiaru ste SO2 w powietrzu na wlocie i wylocie ze skrubera su dwa identyczne ukady pomiarowe, ktre tworz: pompki membranowe (PT), zawory dwudrogowe (ZD), puczki z roztworem pochaniajcym SO2 i gazomierze mokre (G). Pompki membranowe zasysaj ze skrubera powietrze przez umieszczone w nim sondy i tocz je przez zawr dwudrony do puczek wypenionych roztworem pochaniaj-cym SO2, a nastpnie do gazomierza mokrego o pojemnoci 2 dm3 (tak si dzieje w chwili pomiaru ste SO2) albo bezporednio do przewodu odprowadzajcego powietrze z instalacji na zewntrz hali.

powietrze

powietrze

p p

pp10 6

39 7

8

5 2 4

10

1

pTpp

T

T

3

13

14

R

GZD ZDRP RPGPZ PZ

12

11Z Z

ZR

Rys. 2.1.4. Schemat instalacji badawczej: 1 wentylator promieniowy, 2 poziomy skruber natryskowy, 3 zamknicie hydrauliczne (syfonowe),

4 rozpylacz strumieniowo-wirowy, 5 odkraplacz inercyjny (pakiet elementw falistych), 6 zasuwa regula-

45

cyjna, 7 zbiornik cieczy, 8 poziomowskaz rurkowy, 9 pompa odrodkowa, 10 rotametr przemysowy,

11 anemometr skrzydekowy, 12 cyfrowy miernik prdkoci przepywu fazy gazowej, 13 butla z SO2, 14 rotametr mierzcy przepyw SO2, P manometr tarczowy, p punkt pomiaru cinienia

statycznego fazy gazowej w skruberze, p strata cinienia fazy gazowej midzy przekrojami pomiarowy-mi,

T termometr, R reduktor cinienia SO2, ZR zawr regulujcy przepyw SO2 do strumienia powie-trza,

Z zawr regulujcy przepyw i cinienie rozpylania cieczy absorpcyjnej, PZ pompa zasysajca ze skrubera prbki powietrza do analizy na zawarto SO2, ZD zawr dwudrogowy,

RP puczka z roztworem pochaniajcym, G gazomierz wodny W ten sposb zapewnia si cige pukanie przewodw doprowadzajcych prbki za-

nieczyszczonego powietrza z przekrojw skrubera do ukadw pomiaru ste SO2, co umoliwia okrelanie aktualnych ste w skruberze. Stenie SO2 mona rwnie ustala za pomoc przenonych analizatorw. Przed analizatorem mierzcym stenie SO2 na wylocie ze skrubera powinien by umieszczony elektryczny podgrzewacz, ktry ogrzewa zasysane do pomiaru powietrze o temperaturze zblionej to temperatury punktu rosy.

Sposb wykonania wiczenia

Przed przystpieniem do wiczenia naley przygotowa w zbiorniku (7) roztwr absorpcyjny (NaOH) o zadanym przez prowadzcego steniu i objtoci co najmniej 0,4 m3 oraz roztwr pochaniajcy SO2 w postaci 0,001 n roztworu jodu w jodku pota-su w iloci 1 dm3 i 0,5% wodny roztwr skrobi w iloci 0,25 dm3. Po wczeniu wen-tylatora (1) mona uruchomi pomp (9) toczc ciecz absorpcyjn do rozpylaczy (4). Strumienie objtoci powietrza w skruberze i strumienie objtoci rozpylanej cieczy absorpcyjnej ustala si zgodnie z zaleceniami prowadzcego. Prdko powietrza w skruberze zmienia si za pomoc zasuwy regulacyjnej (6), a sam prdko okrela si, uywajc anemometru (11) sprzonego z miernikiem cyfrowym (12). Zadane strumienie objtoci rozpylanej w skruberze cieczy absorpcyjnej ustala si za pomoc zaworw (Z), a odczytuje na rotametrach (10).

Dla kadej wartoci strumienia objtoci cieczy absorpcyjnej naley obliczy g-sto zraszania z zalenoci

A

VL cc

&= , m3/m2h , (17)

gdzie: cV& strumie objtoci cieczy absorpcyjnej, m3/h,

A powierzchnia przekroju skrubera, m2.

46

Podczas wiczenia naley wykona 46 serii pomiarowych (dla 46 gstoci zra-szania), zmieniajc szeciokrotnie w kadej serii prdko powietrza w skruberze w zakresie od 0,5 do 6,0 m/s.

Po ustaleniu zadanych wartoci strumieni objtoci powietrza i cieczy absorpcyjnej w skruberze mona otworzy zawr na butli z SO2 (13) i tak wyregulowa za pomoc reduktora (R) cinienie dozowania SO2 do skrubera, aby wynosio okoo 0,01 MPa. Ko-rzystajc z zaworu regulacyjnego (ZR) na rotametrze (14), ustala si warto strumienia objtoci dozowanego SO2 na okoo 30 dm3/h. Rwnoczenie uruchamia si pompki tarczowe (PZ) pobierajce prbki powietrza z przekrojw pomiarowych skrubera, a zawory dwudrogowe (ZD) ustawia w pooeniu zapewniajcym przepyw powietrza poza ukadami pochaniania SO2 w puczkach (RP). Wskutek takiego pooenia zaworw dwudrogowych powietrze pobierane ze skrubera nie przepywa przez gazomierze wodne (G), a tym samym ich liczniki mechaniczne nie wskazuj adnych zmian objtoci przepusz-czonego przez ukad pomiarowy powietrza, czyli wskazwka na tarczy cyfrowej pozosta-je nieruchoma. Roztworem pochaniajcym SO2 w puczkach ze spiekiem szklanym G-1 (RP) jest roztwr jodu w jodku potasu. Aby oznaczy stenia dwutlenku siarki, utlenia si go jodem do kwasu siarkowego wedug reakcji

SO2 + I2 + 2H2O = 2HI + H2SO4 . (18)

Jeli do roztworu pochaniajcego (0,001 N roztwr jodku potasu) w puczce ze spiekiem szklanym G-1 doda si kilka kropel skrobi, to zabarwi si on na kolor niebie-skogranatowy. Podczas przepuszczania przez puczk (z zabarwionym roztworem jodku potasu) powietrza zawierajcego SO2 zachodzi reakcja utleniania SO2 do kwasu siarko-wego, o czym wiadczy odbarwianie si roztworu. Gdy roztwr w puczce staje si prze-zroczysty, reakcja ustaje, poniewa jod zosta cakowicie wykorzystany. Znajc stenie jodu w roztworze pochaniajcym i objto roztworu wprowadzonego do puczki oraz zmierzon przez gazomierz objto zassanego z przekroju pomiarowego skrubera po-wietrza przepuszczonego przez puczk, temperatur zassanego powietrza i jego cinie-nie w ukadzie pomiarowym (mona je odczyta z miernikw umieszczonych w gazo-mierzu mokrym), a take cinienie barometryczne (wskazane przez laboratoryjny barometr rtciowy) i zmierzon wilgotno wzgldn powietrza, mona obliczy ste-nie dwutlenku siarki odniesione do warunkw normalnych wedug wzoru:

( ) 05

0SO

100010032,02 TpPV

TPVc

p

r

+= , mg SO2/m3 , (19)

gdzie: Vr objto 0,001 normalnego roztworu jodu w puczce, uytego do oznaczania

SO2, cm3, Vp objto przepuszczonego przez puczk powietrza w temperaturze T, dm3,

47

P cinienie barometryczne w chwili pomiaru, Pa, P0 cinienie barometryczne w warunkach normalnych, Pa (P0 = 101325 Pa), p nadcinienie powietrza w ukadzie pomiarowym, Pa, T temperatura powietrza w ukadzie pomiarowym, K, T0 temperatura powietrza w warunkach normalnych, K (T0 = 273 K), 0,032 ilo SO2 odpowiadajca 1 cm3 0,001 N roztworu jodu, g. Po napenieniu puczek roztworem pochaniajcym (0,001 N roztwr jodku potasu

w nastpujcych dawkach: 5 lub 10 cm3 do puczki w ukadzie pomiaru stenia SO2 na wlocie powietrza do skrubera i 2 lub 5 cm3 w ukadzie pomiarowym na wylocie powietrza ze skrubera) i zabarwieniu si roztworw po dodaniu do nich kilku kropel skrobi, zwik-sza si zawarto puczek, dolewajc do nich wod destylowan w iloci okoo 20 cm3. Zanim prbki powietrza pobierane przez sondy umieszczone w przekrojach pomiaro-wych skrubera zostan za porednictwem zaworw dwudrogowych skierowane do pu-czek (RP) i dalej do gazomierzy (G), naley odczyta wskazania licznikw gazomierzowych z do-kadnoci do 0,01 dm3. Wskutek zmiany kierunku przepywu powietrza w zaworach dwudrogowych z obejcia ukadw pomiarowych do puczek powietrze zawierajce SO2 barbotuje przez roztwr pochaniajcy, a sam roztwr odbarwia si. Natenie przepywu powietrza przez ukady pomiarowe (puczki) nie powinno przekracza 60 dm3/h. Gdy tylko roztwr pochaniajcy odbarwi si, naley natychmiast odci dopyw powietrza do puczki przez przestawienie zaworu dwudrogowego w pooenie kierujce zasysane po-wietrze obejciem do przewodu odprowadzajcego oczyszczane powietrze poza instalacj badawcz, a nastpnie odczyta wskazania gazomierza na liczniku mechanicznym i na tarczy cyfrowej. Rnica odczytw okrela objto Vp powietrza przepuszczonego przez roztwr pochaniajcy w puczce.

Po zakoczeniu pomiarw naley: zamkn zawr na butli z SO2, zredukowane cinienie SO2 na reduktorze (za butl) sprowadzi do zera, przez okoo 5 minut przepuszcza przez skruber powietrze z prdkoci nie

mniejsz ni 1,5 m/s, aby przewietrzy skruber (usun ladowe iloci SO2) i wysu-szy jego powierzchni wewntrzn.

Zadane parametry pracy skrubera, wartoci charakteryzujce faz ciek i gazow oraz wyniki pomiarw objtoci powietrza przepuszczonego przez puczki z roztwo-rem pochaniajcym naley zestawi w tabeli 2.1.7.

Tabela 2.1.7. Parametry pracy skrubera i objtoci prbek powietrza przepuszczonego przez puczki z roztworem pochaniajcym

wg

200 300 pr cV& Lc Tg Tc P p1 p2 T1 T2 Vp1 Vp2 Nr

pomiaru m/s m/s MPa m3/h m3/m2h K K Pa Pa Pa K K dm3 dm3

48

wg prdko powietrza, m/s, pr cinienie rozpylania cieczy, MPa,

cV& strumie objtoci cieczy rozpylanej w skruberze, m3/h, Lc gsto zraszania, m3/m2h, Tg temperatura powietrza na wlocie do skrubera, K, Tc temperatura cieczy rozpylanej w skruberze, K, P cinienie barometryczne, Pa, p1 nadcinienie powietrza w ukadzie do pomiaru stenia SO2 na wlocie do skrubera, Pa, p2 nadcinienie powietrza w ukadzie do pomiaru stenia SO2 na wylocie ze skrubera, Pa, T1 temperatura powietrza w ukadzie do pomiaru stenia SO2 na wlocie do skrubera, K, T2 temperatura powietrza w ukadzie do pomiaru stenia SO2 na wylocie ze skrubera, K, Vp1 objto powietrza przepuszczonego przez do ukad pomiaru stenia SO2 na wlocie do skrubera,

dm3, Vp2 objto powietrza przepuszczonego przez ukad do pomiaru stenia SO2 na wylocie ze skru-

bera, dm3.

Obliczenia

Na podstawie znanych wartoci parametrw pracy skrubera i zmierzonych objto-ci prbek powietrza przepuszczonego przez ukady do pomiaru ste SO2 na wlocie i wylocie ze skrubera oraz jego temperatury i nadcinienia w tych ukadach naley obliczy stenia SO2 wedug rwnania (19) i objtociowe wspczynniki wnikania masy w fazie gazowej wedug rwnania (15). Wyniki oblicze trzeba zestawi w tabe-li 2.1.8.

W uwagach naley poda objtoci roztworu pochaniajcego w puczkach pod-czas oznaczania stenia SO2 w prbkach powietrza pobranych na wlocie i wylocie ze skrubera.

Tabela 2.1.8. Wyniki oblicze skutecznoci usuwania SO2 z powietrza i szybkoci wnikania masy w fazie gazowej w skruberze natryskowym w ukadzie SO2roztwr NaOH

c1 c2 2SO gv g/m3 g/m3 % s1

Uwagi Nr pomiaru

c1 stenie SO2 w powietrzu na wlocie do skrubera, g/m3, c2 stenie SO2 w powietrzu na wylocie ze skrubera, g/m3, SO2 skuteczno usuwania SO2 w skruberze, %, gv objtociowy wspczynnik wnikania (przenikania) masy, s1.

49

Sposb przedstawienia wynikw Uzyskane wyniki naley przedstawi w tabelach 2.1.7 oraz 2.1.8 oraz graficznie

w postaci rysunkw pokazujcych, jak skuteczno usuwania SO2 oraz objtociowy wspczynnik wnikania (przenikania) masy zale od prdkoci powietrza w skrube-rze (dla zadanych podczas wiczenia gstoci zraszania) i gstoci zraszania (dla sto-sowanych podczas wiczenia prdkoci powietrza w skruberze).

Sprawozdanie z wiczenia powinno zawiera: a) wprowadzenie teoretyczne do tematu wiczenia, b) cel i zakres wiczenia, c) opis stanowiska badawczego, d) opis metod badawczych, e) tabelaryczne zestawienie parametrw pracy skrubera oraz wynikw oblicze, f) wykres zalenoci skutecznoci usuwania SO2 i objtociowego wspczynnika

wnikania (przenikania) masy od prdkoci powietrza w skruberze i gstoci zraszania, g) omwienie uzyskanych wynikw bada i zalenoci, h) wnioski.

Literatura uzupeniajca

[1] HOBLER T., Dyfuzyjny ruch masy i absorbery, WNT, Warszawa, 1976. [2] PAMM . ., A , . , , 1976.

2.1.5. Absorpcyjne usuwanie dwutlenku siarki w iniekcyjnej puczce ze zwk Venturiego

Wykaz oznacze S1 stenie dwutlenku siarki na wlocie do instalacji, g/m3, S2 stenie dwutlenku siarki na wylocie z instalacji, g/m3, f jednostkowa powierzchnia kontaktu faz, m2/m3,

GV&am