 |
Методика отбора проб из газожидкостной смеси и расчет концентрации растворенного газа в жидкости
|
|
|
|
После трехминутной работы сатуратора на заданном режиме приступить к снятию показаний и отбору проб. На рис. 4 представлена система для отбора проб из газожидкостной смеси под давлением.
Стеклянные трубы верхним и нижним концами установлены в металлические втулки 2 с отводом 3, соединенным через кран 4 с сепаратором 5, который имеет два ответвления: одно – с краном 6 для отвода газа, второе – с винтовым зажимом 7 для отбора жидкости.
Рис. 4. Схема для отбора проб из газожидкостной смеси под давлением (1 – 7 см. по тексту)
Для уравнивания температуры стенок трубок и сепаратора с температурой газожидкостной смеси открыть краны 7 и 4 и часть газожидкостной смеси пропустить через сепаратор.
Через 1–2 минуты зажим 7 закрыть, открыть кран 6 и произвести заполнение сепаратора жидкостью на 2/3 его объема. После заполнения открыть зажим 7 и часть жидкости (50 мл) слить в пробирку, специально охлажденную до температуры подаваемой в сатуратор воды. После заполнения пробирки закрыть краны 7, 4 и 6.
Определение концентрации растворенного диоксида
углерода в воде
Для определения малых концентраций растворенного в воде диоксида углерода (менее 1 %) рекомендуется применять "бариевый" метод, который успешно используется при определении концентрации растворенного диоксида углерода в кефире, кисломолочных заквасках, пивобезалкогольных напитках.
Схема установки для определения концентрации диоксида углерода в пробе жидкости показана на рис. 5. Она состоит из пробирки 1 с 0,1 н. раствором гидрата окиси бария Ва(ОН)2, пробирки 2 с исследуемой пробой и микрокомпрессора 3.
Рис. 5 Установка для определения концентрации растворённого диоксида углерода в воде: 1, 2 – пробирки; 3 – микрокомпрессор
|
|
|
В тщательно промытую пробирку 1 наливают 40 мл 0,1 н. раствора Ва(ОН)2 и закрепляют в установке. Затем в пробирку 2 переносят 16 мл отобранной жидкости, закрепляют эту пробирку на установке и пускают микрокомпрессор 3. Воздух, нагнетаемый микрокомпрессором, барботирует через пробу жидкости и вызывает десорбцию диоксида углерода из раствора, который вместе с воздухом поступает в пробирку с Ва(ОН)2. Здесь диоксид углерода поглощается раствором, вступая с ним в химическую реакцию, Ва(ОН)2+СО2=ВаСО3+Н2О.
Барботаж производится в течение 20 мин. После этого пробирку 1 снимают, а остаток Ва(ОН)2 оттитровывают раствором соляной кислоты в присутствии фенолфталеина (перед титрованием в пробирку 2 необходимо добавить две капли фенолфталеина для окраски раствора в ярко-малиновый цвет). Кислота добавляется до тех пор, пока раствор в пробирке 2 не обесцветится. Количество миллилитров кислоты, пошедшей на титрование V 1, записывают.
Для определения концентрации диоксида углерода в пробе необходимо знать, какое количество кислоты идет на титрование 40 мл чистого раствора Ва(ОН)2 без углекислоты, т. е. объем холостой пробы V x. Содержание диоксида углерода в пробе определяют по формуле, кг/кг
, (11)
где 
– титр соляной кислоты; 16 – объем жидкости в пробирке 2, мл.
Методика определения объемного коэффициента массоотдачи
в жидкой фазе в нисходящем потоке
1. Объемный коэффициент массоотдачи, соответствующий заданному режиму работы, с –1
(12)
2. Количество поглощенного газа в единицу времени (скорость абсорбции), кг/с
(13)
3. Средняя движущая сила определяется по уравнению (8,36).
4. Объем газожидкостной смеси
(14)
где Н см– высота газожидкостной смеси от точки входа струи в смесь до точки отбора пробы, или расстояние между двумя последовательными точками отбора проб (измеряется линейкой), м; 
– внутренний диаметр трубы, м.
|
|
|
5. Равновесные концентрации, кмоль/кмоль
, 
(15)
6. Константу Генри Е находят из табл. 1 в зависимости от температуры.
7. Давление газа начальное
, (16)
где Р 0 и Р изб– атмосферное и избыточное давление (Р 0 – определяют по барометру, а Р изб – по манометру 12,Па.
8. Давление в газовой фазе конечное, Па
(14)
где rж – плотность жидкости, кг/м3; 
– гравитационная постоянная ( = 9,81), м/с2; 
– высота слоя жидкости в восходящем потоке.
Учитывая незначительное газосодержание в восходящем потоке, для упрощения, принимают
, (18)
где 
– высота столба газожидкостной смеси от сечения в месте установки пробоотборной трубки до выхода смеси из восходящей трубы.
9. Равновесная концентрация (в массовых долях), кг/кг:
начальная 
; (19)
конечная 
, (20)
где 
– молекулярная масса диоксида углерода, кг/кмоль; 
– сумма молекулярных масс воды и диоксида углерода, кг/кмоль
, (21)
, (22)
здесь 
– молекулярная масса воды, равная 18.
Начальная и конечная рабочие концентрации X н и X к находятся по уравнению (11).
В нисходящем потоке начальная концентрация X н равна концентрации растворенного в водопроводной воде диоксида углерода, т. е. X н= X в. Необходимо учесть, что в водопроводной воде всегда содержится определенное количество растворенного газа, поэтому следует оттитровать пробу воды.
Результаты измерений занести в табл. 2, а результаты расчетов – в табл. 3
Таблица 2
| № опыта | Q ж, м3/с | d тр, м | Н см, м | t, °С | Р 0, Па | Р изб, Па | V x, мл | V В, мл | V 1, мл | V 2, мл | V 3, мл | Н ж, м |
Таблица 3
| Р н, Па | Р к, Па |  ,
кг/кг
|  ,
кг/кг
| X  ,
кг/кг
|  ,
кг/кг
| V P, м3 |  ,
кг/кг
| М, кг/с | bVж, с -1 |
Контрольные вопросы
1. В чем отличие химической абсорбции от хемосорбции?
2. Что понимается под равновесной концентрацией и от чего она зависит?
3. Что понимается под величинами поверхности контакта фаз и удельной поверхности контакта фаз?
4. Какова цель данной работы?
5. Что такое движущая сила процесса? Как ее определить?
6. Объясните принцип работы кожухотрубного СИ-сатуратора? Как в нем осуществляется процесс насыщения жидкости газом?
|
|
|
7. Как определить объемный коэффициент массоотдачи в жидкой фазе, используя данные опыта?
8. В чем отличие коэффициента массопередачи от коэффициента массоотдачи?
9. Как определить давление, температуру и концентрацию растворенного газа в жидкости? В каких единицах выражаются эти параметры в международной системе (СИ)?
Лабораторная работа №2
|
|
|
