Laboratorium z聽in偶ynierii chemicznej
膯w. 8: Sprawno艣膰 p贸艂ki sitowej w procesie desorpcji gazu
Data wykonania 膰wiczenia: 16.11.2012
Data oddania sprawozdania: 23.11.2012
Grupa nr 4
Wykonawca sprawozdania: Ewelina Jakubcewicz
Cel 膰wiczenia: Celem 膰wiczenia jest wyznaczenie sprawno艣ci desorpcji na p贸艂ce sitowej z przelewem w procesie desorpcji dwutlenku w臋gla rozpuszczonego w wodzie za pomoc膮 strumienia powietrza, oraz okre艣lenie wp艂ywu parametr贸w operacyjnych, tj. strumieni fazy ciek艂ej lub gazowej na te sprawno艣ci.
Obliczenia:
Obliczenie miana Ba(OH)2
12,7-8,4 = 4,3 cm3 zu偶yto HCl
Ba(OH)2鈥+鈥HCl鈥勨啋鈥BaCl2鈥+鈥2H20
$\frac{\text{nHCl}}{\text{nBa}(O{H)}_{2}} = \frac{2}{1}$ nHCl=2聽nBa(OH)2 => n聽Ba(OH)2= 0,5HCl
C聽Ba(OH)2=$\frac{\text{nBa}(O{H)}_{2}\ }{V\text{Ba}(O{H)}_{2}}$=0,043 M
V | Pr贸bka | V HCl | C HCl | V Ba(OH)2 | C Ba(OH)2 | V pr贸bki |
---|---|---|---|---|---|---|
[m3/h] | [cm3] | [mol/dm3] | [cm3] | [mol/dm3] | [cm3] | |
27 | Surowiec I | 3,2 | 0,1 | 15 | 0,043 | 20 |
Produkt I | 12,6 | 10 | ||||
30 | Surowiec II | 4,5 | 20 | |||
Produkt II | 15 | 10 | ||||
30 | Surowiec III | 3,2 | 20 | |||
Produkt III | 12,6 | 10 |
Obliczanie pocz膮tkowej zawarto艣ci CO2 w surowcu
Zawarto艣膰 pocz膮tkow膮 CO2 w surowcu oznaczono dodaj膮c do 25 cm3 surowca 20 cm3 roztworu Ba(OH)2 i odmiareczkowuj膮c nadmiar Ba(OH)2 0,10 M HCl wobec fenoloftaleiny.
Obliczanie pocz膮tkowej liczby moli wodorotlenku baru Ba(OH)2
$${n_{\text{Ba}{(OH)}_{2}}^{0}}_{} = C_{\text{Ba}{(OH)}_{2}} \bullet V_{\text{Ba}{(OH)}_{2}} = 0,043\left\lbrack \frac{\text{mol}}{\text{dm}^{3}} \right\rbrack \bullet 15 \bullet 10^{- 3}\left\lbrack dm^{3} \right\rbrack = 8,6 \bullet 10^{- 3}\lbrack mol\rbrack$$
Obliczanie nadmiaru wodorotlenku baru
$$n_{\text{Ba}{(OH)}_{2}}^{n} = \frac{1}{2}n_{\text{HCl}} = \frac{1}{2}C_{\text{HCl}} \bullet V_{\text{HCl}} = \frac{1}{2} \bullet 0,10\left\lbrack \frac{\text{mol}}{\text{dm}^{3}} \right\rbrack \bullet 1,35 \bullet 10^{- 3}\left\lbrack \text{dm}^{3} \right\rbrack = 6,75 \bullet 10^{- 5}\text{mol}$$
Obliczanie pocz膮tkowej liczby moli CO2 w pr贸bce wody
nCO2p鈥=鈥nBa(OH)20鈥呪垝鈥nBa(OH)2n鈥=鈥8,鈥6鈥呪⑩10鈭3[mol]鈥呪垝鈥6,鈥75鈥呪⑩10鈭5[mol]鈥=鈥8,鈥53鈥呪⑩10鈭3[mol]
Obliczanie pocz膮tkowego st臋偶enia dwutlenku w臋gla CO2 w pr贸bce wody
$${C_{\text{CO}_{2}}^{p}}_{} = \frac{n_{\text{CO}_{2}}}{V_{\text{pr}}} = \frac{8,53 \bullet 10^{- 3}\lbrack mol\rbrack}{20 \bullet 10^{- 3}\left\lbrack dm^{3} \right\rbrack} = 0,341\left\lbrack \frac{\text{mol}}{dm^{3}} \right\rbrack = 0,341\left\lbrack \frac{\text{kmol}}{m^{3}} \right\rbrack$$
Obliczanie pocz膮tkowego u艂amka molowego CO2 w pr贸bce
$$x_{p} = \frac{C_{\text{CO}_{2}}^{p} \bullet M_{w}}{\rho_{w}} = \frac{0,341\left\lbrack \frac{\text{kmol\ }\text{CO}_{2}}{m^{3}} \right\rbrack \bullet 18\left\lbrack \frac{\text{kg}}{\text{kmol\ r} - \text{ru}} \right\rbrack}{1000\left\lbrack \frac{\text{kg}}{m^{3}} \right\rbrack} = 6,141 \bullet 10^{- 3}\left\lbrack \frac{\text{kmol}\text{CO}_{2}}{\text{kmol\ r} - \text{ru}} \right\rbrack$$
Obliczanie ko艅cowej zawarto艣ci CO2 w produkcie.
Dla nat臋偶enia przep艂ywu powietrza $V_{1} = 27\left\lbrack \frac{m^{3}}{h} \right\rbrack$
Obliczanie pocz膮tkowej liczby moli wodorotlenku baru Ba(OH)2
$${n_{\text{Ba}{(OH)}_{2}}^{0}}_{} = C_{\text{Ba}{(OH)}_{2}} \bullet V_{\text{Ba}{(OH)}_{2}} = 0,043\left\lbrack \frac{\text{mol}}{\text{dm}^{3}} \right\rbrack \bullet 10 \bullet 10^{- 3}\left\lbrack dm^{3} \right\rbrack = 4,3 \bullet 10^{- 4}\lbrack mol\rbrack$$
Obliczanie nadmiaru wodorotlenku baru
$$n_{\text{Ba}\left( \text{OH} \right)_{2}}^{n} = \frac{1}{2}n_{\text{HCl}} = \frac{1}{2}C_{\text{HCl}} \bullet V_{\text{HCl}} = \frac{1}{2} \bullet 0,10\left\lbrack \frac{\text{mol}}{\text{dm}^{3}} \right\rbrack \bullet 12 \bullet 10^{- 3}\left\lbrack \text{dm}^{3} \right\rbrack = 6,0 \bullet 10^{- 4}\text{mol}$$
Obliczanie pocz膮tkowej liczby moli CO2 w pr贸bce wody
nCO2p鈥=鈥nBa(OH)20鈥呪垝鈥nBa(OH)2n鈥=鈥4,鈥3鈥呪⑩10鈭4[mol]鈥呪垝鈥6,鈥0鈥呪⑩10鈭4[mol]鈥=鈥1,鈥8鈥呪⑩10鈭4[mol]
Obliczanie ko艅cowego st臋偶enia dwutlenku w臋gla CO2 w pr贸bce wody po desorpcji
$${C_{\text{CO}_{2}}^{k}}_{} = \frac{n_{\text{CO}_{2}}}{V_{\text{pr}}} = \frac{1,8 \bullet 10^{- 4}\lbrack mol\rbrack}{10 \bullet 10^{- 3}\left\lbrack dm^{3} \right\rbrack} = 0,018\left\lbrack \frac{\text{mol}}{dm^{3}} \right\rbrack = 0,018\left\lbrack \frac{\text{kmol}}{m^{3}} \right\rbrack$$
Obliczanie ko艅cowego u艂amka molowego CO2 w pr贸bce
$$x_{k} = \frac{C_{\text{CO}_{2}}^{k} \bullet M_{w}}{\rho_{w}} = \frac{0,018\left\lbrack \frac{\text{kmol\ }\text{CO}_{2}}{m^{3}} \right\rbrack \bullet 18\left\lbrack \frac{\text{kg}}{\text{kmol\ r} - \text{ru}} \right\rbrack}{1000\left\lbrack \frac{\text{kg}}{m^{3}} \right\rbrack} = 3,24 \bullet 10^{- 4}\left\lbrack \frac{\text{kmol}\text{CO}_{2}}{\text{kmol\ r} - \text{ru}} \right\rbrack$$
Przeliczanie obj臋to艣ciowego nat臋偶enia przep艂ywu wody na molowe nat臋偶enia
$${\dot{L}}_{o} = \frac{V_{w}}{t} = \frac{250\lbrack cm^{3}\rbrack}{27,45\lbrack s\rbrack} = 9,11\left\lbrack \frac{cm^{3}}{s} \right\rbrack$$
$${\dot{L}}_{m} = {\dot{L}}_{o} \bullet \rho_{w} = 9,11\left\lbrack \frac{cm^{3}}{s} \right\rbrack \bullet 1000 \bullet 10^{- 3}\left\lbrack \frac{g}{\text{cm}^{3}} \right\rbrack = 9,11\left\lbrack \frac{g}{s} \right\rbrack$$
$$\dot{L} = \frac{{\dot{L}}_{m}}{M_{w}} = \frac{9,07\left\lbrack \frac{g}{s} \right\rbrack}{18\left\lbrack \frac{g}{\text{mol}} \right\rbrack} = 0,50\left\lbrack \frac{\text{mol}}{s} \right\rbrack = 5 \bullet 10^{- 4}\left\lbrack \frac{\text{kmol}}{s} \right\rbrack$$
Przeliczanie obj臋to艣ciowego nat臋偶enia przep艂ywu gazu(powietrza) na molowe nat臋偶enia
$${\dot{V}}_{o} = 27\left\lbrack \frac{m^{3}}{h} \right\rbrack = \frac{27}{3600} = 7,5 \bullet 10^{- 3}\left\lbrack \frac{m^{3}}{s} \right\rbrack$$
$${\dot{V}}_{m} = {\dot{V}}_{o} \bullet \rho_{p} = 7,5 \bullet 10^{- 3}\left\lbrack \frac{m^{3}}{s} \right\rbrack \bullet 1,168\left\lbrack \frac{\text{kg}}{m^{3}} \right\rbrack = 8,76 \bullet 10^{- 3}\left\lbrack \frac{\text{kg}}{s} \right\rbrack$$
$$\dot{V} = \frac{{\dot{V}}_{m}}{M_{p}} = \frac{8,76 \bullet 10^{- 3}\left\lbrack \frac{\text{kg}}{s} \right\rbrack}{29\left\lbrack \frac{\text{kg}}{\text{kmol}} \right\rbrack} = 3,02 \bullet 10^{- 4}\left\lbrack \frac{\text{kmol}}{s} \right\rbrack$$
Obliczanie ko艅cowego u艂amka molowego sk艂adnika w gazie z r贸wnania bilansu molowego:
$$\dot{L}\left( x_{p} - x_{k} \right) = \dot{V}(y_{k} - y_{p})$$
$$y_{k} = \frac{\dot{L}\left( x_{p} - x_{k} \right)}{\dot{V}} = \frac{5 \bullet 10^{- 4}\left\lbrack \frac{\text{kmol}}{s} \right\rbrack \bullet (6,141 \bullet 10^{- 3} - 3,24 \bullet 10^{- 4})}{3,02 \bullet 10^{- 4}\left\lbrack \frac{\text{kmol}}{s} \right\rbrack} = 9,63 \bullet 10^{- 3}$$
Obliczanie r贸wnowagowego u艂amka molowego sk艂adnia w gazie
$$\overset{\overline{}}{y_{k}} = 1421 \bullet x_{p} = 1421 \bullet 6,141 \bullet 10^{- 3} = 8,73$$
Obliczanie sprawno艣ci desorpcji na p贸艂ce sitowej dla fazy gazowej
$$E_{g} = \frac{y_{k} - y_{p}}{\overset{\overline{}}{y_{k}} - y_{p}} = \frac{1,926}{8,73} = 0,00107$$
Obliczanie sprawno艣ci desorpcji na p贸艂ce sitowej dla fazy ciek艂ej
$$E_{c} = \frac{x_{p} - x_{k}}{x_{p} - \overset{\overline{}}{x_{k}}} = \frac{6,141 \bullet 10^{- 3} - 3,24 \bullet 10^{- 4}}{6,141 \bullet 10^{- 3}} = 0,947$$
Tab. 2. Wyniki oblicze艅 dla trzech r贸偶nych nat臋偶e艅 przep艂ywu gazu (policzone w ten sam spos贸b)
Pr贸bka |
|
|
|
|
Eg | Ec |
---|---|---|---|---|---|---|
I | 5路10-3 | 3,鈥02鈥呪⑩10鈭4 |
6,鈥141鈥呪⑩10鈭3 |
1,鈥30鈥呪⑩10鈭4 |
0,鈥00107 |
0,鈥947 |
II | 1,51路10-3 | 3,鈥02鈥呪⑩10鈭4 |
5,20路10-3 | 5,11路10-4 | 0,00130 | 0,902 |
III | 5路10-4 | 3,鈥36鈥呪⑩10鈭4 |
6,鈥141鈥呪⑩10鈭3 |
1,鈥30鈥呪⑩10鈭4 |
0,鈥00838 |
0,鈥947 |
Wykresy
Wykres zale偶no艣ci sprawno艣ci desorpcji na p贸艂ce sitowej dla fazy gazowej od molowego nat臋偶enia przep艂ywu gazu, przy sta艂ym nat臋偶eniu przep艂ywu wody
Wykres zale偶no艣ci sprawno艣ci desorpcji na p贸艂ce sitowej dla fazy ciek艂ej od molowego nat臋偶enia przep艂ywu gazu, przy sta艂ym nat臋偶eniu przep艂ywu wody
Wnioski:
W swoich obliczeniach nie uwzgl臋dni艂am pomiar贸w nr 4, poniewa偶 pope艂nili艣my du偶y b艂膮d pomiarowy (tzw. b艂膮d gruby) i wp艂yn膮艂by on negatywnie na wyniki. Sprawno艣膰 p贸艂ki sitowej dla fazy gazowej maleje, a dla fazy ciek艂ej ro艣nie.