Эксперт
Сергей
Сергей
Задать вопрос
Мы готовы помочь Вам.

Лабораторная работа № 1

«Изучение адсорбции в аппарате с неподвижным слоем зернистого адсорбента»

по курсу «Технологии переработки и утилизации отходов 1»

 

Тема 6. Биологические способы переработки отходов. Химические отходы не химических производств. Отходы производства и потребления органических материалов. Синтез и производство полимеров. Переработка древесных отходов

Цели работы:

  1. Ознакомление с работой адсорбционной установки периодического действия.
  2. Определение коэффициентов массопередачи и защитного действия, предельной величины адсорбции при поглощении водяного пара цеолитом марки NaX или CaX.
  3. Порядок запуска виртуальной лабораторной работы (ВЛР)

1.1. Получите доступ к виртуальному рабочему столу. Инструкция по получению доступа прилагается к заданию в курсе.

1.2. Откройте на виртуальном рабочем столе папку Лабораторные работы, выберите папку Professional group, в ней запустите двойным щелчком программу Выполнить.

1.3. Одинарным щелчком выберите группу «Машины и оборудование природообустройства и защиты окружающей среды».

1.4. Из развернувшегося перечня выберите одинарным щелчком лабораторную работу «Изучение адсорбции в аппарате с неподвижным слоем зернистого адсорбента».

1.5. По одинарному щелчку Вам доступны файлы ВЛР: Методические материалы и Виртуальная лаборатория (рис. 1).

screenshot 48 1

Рис. 1. Файлы ВЛР

Для выхода из Методических материалов используется кнопка (стрелка «влево» на зеленом фоне в левом нижнем углу экрана). Для выхода из Виртуальной лаборатории – клавиша F10.

Используйте сочетание клавиш Ctrl + Alt, чтобы курсор мыши имел возможность свернуть или уменьшить размер окна виртуального стола. Тогда вы сможете и работать на своем компьютере за пределами виртуального рабочего стола, и возвращаться обратно (рис. 2).

screenshot 49 1

Рис. 2. Личный рабочий стол и виртуальный

 

  1. Материалы и оборудование

2.1. Активные клавиши

В этой лабораторной работе применяются следующие клавиши (рис. 3):

W, S, A, D – для перемещения в пространстве;

F2, Е – аналоги средней кнопки мыши-манипулятора (при первом нажатии берется объект, при последующем – ставится);

Ctrl – присесть;

F10 – выход из программы.

screenshot 50 1

Рис. 3. Активные клавиши клавиатуры и мыши-манипулятора

 

Левая кнопка мыши (1) при нажатии и удерживании обрабатывает (поворачивает, переключает) тот или иной объект.

Средняя кнопка (2) при первом нажатии (без прокрутки) берет объект, при последующем – ставит (прикрепляет).

При нажатии правой кнопки мыши (3) появляется курсор-указатель (при повторном нажатии – исчезает).

Примечание: при появившемся курсоре невозможно перевести взгляд вверх и в стороны.

screenshot 51 1

На рис. 4 представлен общий вид лабораторного стенда.

Рис. 4. Общий вид лабораторного стенда

2.2. Описание установки

Работа проводится на установке (рис. 5), которая работает по следующей схеме. Воздушный поток поступает из компрессора (1) через ресивер (9), игольчатый вентиль (2) и расходомер (3). Далее он делится на две части: одна направляется в увлажнительную камеру (4), имеющую нагревательный элемент для нагрева воды и контактный термометр для поддерживания определенной температуры в камере, другая часть направляется в обход увлажнительной камеры. После смешения обоих потоков измеряется с помощью психрометра (5) влагосодержание воздуха, поступающего через 3-х ходовой кран (6) в колонну, заполненную адсорбентом. Влагосодержание воздуха после колонны (7) измеряется психрометром (8). Осушенный воздух выбрасывается в атмосферу.

screenshot 52 1

Рис.5. Схема лабораторной установки

1 – нагнетательный вентилятор, 2 – регулятор расхода; 3 – расходомер;

4 – увлажнительная камера; 5,8 – психрометры; 6 – трехходовой кран;

7 – адсорбционная колонка; 9 – ресивер

Рис. 6. Вентилятор и электродвигатель Рис. 7. Ресивер

 

 

 

 

Рис. 8. Расходомер Рис. 9. Психометр

 

Рис. 10. Увлажнительная камера Рис. 11. Трехходовой кран
   

Рис. 12. Адсорбционная колонка

  1. Теория

Длительность работы слоя адсорбента в стадии параллельного движения фронта сорбции (при ) рассчитывается по уравнению Н.А. Шилова:

Где  – время защитного действия слоя, с;

K – коэффициент защитного действия, с/м, показывающий время защитного действия слоя длиной 1 м;

L – длина слоя, м;

– потеря времени защитного действия, с (кинетическая константа, пропорциональная скорости массообмена, при бесконечно большой скорости становится равной нулю).

При изучении сорбционного процесса обычно замеряют выходную кривую сорбции – изменение концентрации поглощаемого вещества во времени за слоем адсорбента (график 1). Затем, пользуясь развернутым уравнением динамики сорбции,

строят график в координатах  .

График 1. Выходная кривая сорбции

 

График 2. Кривая сорбции

Отрезок, отсекаемый на оси абсцисс (график 2), равен KL, а котангенс угла наклона прямой . Здесь в уравнении W – объемная скорость потока, отнесенная к полному сечению аппарата, м3/(м2·c):

Где  – предельная величина сорбции, кг сорбированного вещества на 1 м3 слоя адсорбента;

– коэффициент массопередачи, с–1.

Объемная скорость парогазовой смеси W определяется по уравнению расхода:

  1. Порядок выполнения работы

4.1. Порядок действий

  1. 3-х ходовой кран переведите в положение «атмосфера» (соедините с атмосферой).
  2. Включите нагревательный элемент увлажнительной камеры (4) (рис. 5) выключателем на пульте управления (на температурном датчике – рост температуры от 23 до 95ºС, в течении 1 мин; при выключении – падение температуры до 23ºС в течении 20 сек).
  3. Включите вентилятор (1) и задвижкой (2) установите заданный расход воздуха: 0º – 0 дм3/ч; 30º – 200 дм3/ч; 60º – 400 дм3/ч; 90º – 600 дм3/ч. Показания расхода отобразятся на расходомере (3). Показания на психрометре будут расти в соответствии с температурой внутри увлажнителя.
  4. После установления необходимой влажности соедините систему с адсорбционной колонкой, т.е. переключите 3-х ходовой кран на слой адсорбента. С этого момента начинается отсчет времени опыта.
  5. Выполните замеры влажности (показания психрометров на выходе и на входе колонки) в соответствии со следующим графиком: первоначально через каждые 30 сек – 6 замеров, затем через каждые 60 сек – 6 замеров, а потом через каждые 120 сек все остальные замеры. Результаты измерений запишите в таблицу 1.

Опыт проводите до тех пор, пока показания психрометра (8) на выходе из колонки не будут одинаковыми с показаниями психрометра (5).

  1. Затем можно провести регенерацию (удаление жидкости из колонны). Для этого, при выключенном нагнетателе и увлажнителе, нажмите на кнопку «Регенерация» на адсорбционной колонке, на таймере появится отсчет времени (ускорение времени в 100 раз – 1,8 мин реального времени).
  2. После этого можно все включить и провести опыт заново.

4.2. Порядок вычислений

  1. Постройте по экспериментальным данным выходную кривую сорбции в координатах (график 1).
  2. Рассчитайте и постройте выходную кривую сорбции в координатах (график 2).
  3. Вычислите коэффициент защитного действия по отрезку, отсекаемому прямой на оси абсцисс K, с/м:
  4. Вычислите предельную величину сорбции по уравнению:

,

Где S – площадь сечения колонки, м2;

V– объемный расход газовой cмеcи, м3/с;

– влажность газовой смеси (количество воды на 1м3 воздуха на входе в слой адсорбента): ,

– плотность воздуха при температуре газовой смеси (при ), рассчитанная по уравнению Клапейрона:

,

Где M – мольная масса газа, кг/кмоль.

  1. Вычислите коэффициент массопередачи по котангенсу угла наклона прямой (график 2):

,

 

 

 

Была ли полезна данная статья?
Да
63.91%
Нет
36.09%
Проголосовало: 133

или напишите нам прямо сейчас:

Написать в WhatsApp Написать в Telegram