ІНСТРУКЦІЯ ДО ЛАБОЛАТОРНОЇ РОБОТИ № 24
МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ УКРАІНИ
НАЦІОНАЛЬНИЙ УНІВЕРСИТЕТ “ ЛЬВІВСЬКА ПОЛІТЕХНІКА”
Кафедра
Хімічної інженерії
ІНСТРУКЦІЯ ДО ЛАБОЛАТОРНОЇ РОБОТИ № 24
«ДОСЛІДЖЕННЯ ПРОЦЕСУ АДСОРБЦЇ
В КИПЛЯЧОМУ ШАРІ АДСОРБЕНТА»
Затверджено
на засіданні кафедри ХІ
Протокол № 13 від 6.05.2003
ЛЬВІВ –2003
-2-
МЕТА РОБОТИ - ознайомитись з адсорбційно-десорбційною установкою безперервної дії з киплячим шаром адсорбенту, визначення за експериментальними даними коефіцієнту масопередачі та маси поглинутої водяної пари з повітряної суміші.
1.ТЕОРЕТИЧНІ ВІДОМОСТІ
Адсорбція – процес вибіркового поглинання одного або кількох компонентів з газової або рідкої фази поверхнею твердого поглинача .При походженні процесу адсорбції концентрація сорбтиву в адсорбенті безперервно збільшується. В границях досягнення рівноваги між газовою фазою та адсорбентом вона досягає максимального значення, можливого в даних умовах. Цей граничний вміст сорбтиву в 1 кг адсорбенту, який відповідає повному насиченню адсорбенту поглинаючою речовиною, називається статичною активністю адсорбенту. Статична ємність адсорбенту залежить від структури адсорбенту, а також від природи адсорбуючої речовини і її парціального тиску (концентрації) в газовій фазі, температури.
Для даного сорбтиву і даного адсорбенту статична ємність z 
яка досягається при встановленні рівноваги між газовою та твердою фазами, є функцією тільки двох амінних – температури (Т) і парціального тиску (Р) або концентрації (х) сорбтиву в газовій фазі:
z =f(p,T) або z =f(x,Т) (1)
При постійній температурі Т статична ємність z залежить тільки від парціального тиску або концентрації сорбтиву:
z =f(p)Т або z =f(x)T (2)
Рівняння (2), яке характеризує рівноважні концентрації сорбтиву в двох фазах, називаються рівняннями ізотерми адсорбції. Найбільш розповсюдженими адсорбентами є активоване вугілля, силікагель та цеоліти.
Адсорбційні процеси проводять в апаратах шляхом пропускання парогазового потоку через шар адсорбенту.
В даній роботі вивчається процес адсорбції водяної пари з повітря силікогелем в протитечійній адсорбційній колоні з киплячим шаром адсорбенту.
Для побудови ізотерми адсорбції згідно рівняння (2) нижче приведені наступні дані:
| 0,03 | 0,06 | 0,09 | 0,12 | 0,15 | |
 
| 1,87 | 3,75 | 5,84 | 7,55 | 9,45 |
Вологе повітря рухається знизу вверх, з
зменшенням вологовмісту від хн до хв. В протилежному напрямку рухається силікагель концентрація водяної пари в якому збільшується від zн до zв або від zпоч до zкінц. Значить масову витрату водяної пари М, за одиницю часу з повітря в силікагель можна визначити з рівняння матеріального балансу:
М=G(xн-хв)=L(xн-хв) (3)
і масопередачі
Мх=КхF 
(4)
К - коефіцієнт масопередачі, кг/м2;
F - поверхня масопередачі, м2;
- рушійна сила масопередачі.
Рис.1.Схема протиточного адсорбера.
G – витрата інертної газоповітряної суміші, кг/с;
L – витрата силікагелю, кг/с.
Необхідна площа поверхні масопередачі розраховується за формулою:
(5)
- питома поверхня адсорбенту, м2/м3
(6)
d – розмір частинок адсорбенту, (0,0016 м);
- вільний об’єм шару адсорбенту,(0,38 м3/м3);
D – діаметр колони,(0,084 м);
n – кількість тарілок колони - 4;
h – висота шару адсорбенту на тарілці,(0,015 м).
2.ПОРЯДОК ВИКОНАННЯ РОБОТИ
1.Перед початком роботи за допомогою вологоміра визначити початкову відносну вологість повітря.
2.Включити послідовно вентилятор, компресор та калорифер і відрегулювати рівномірність киплячого шару адсорбенту.
3.Визначити масову витрату силікагелю за допомогою патрубка 6 (схема 1).
4.При завершенні роботи зняти покази вологоміра, який зафіксує кінцеву відносну вологість повітря.
5.Визначити кінцевий вологовміст силікагелю, способом зважування та висушування до постійної ваги.
3.ОБРОБКА ДОСЛІДНИХ ДАНИХ
1.Визначити вологовміст повітря за допомогою діаграми 1-x на підставі виміряних відносних вологостей повітря та температури процесу адсорбції.
2.Визначити масу поглинутої водяної пари за рівнянням (3), враховуючи , що витрата інертного повітря – 1/300 м3/с, густина повітря при 00С – 1,29 кг/м3.
3.Визначити витрату силікагелю L (кг/с), який пройшов через адсорбер за рівнянням
L= 
(7)
де Vc – об’єм силікагелю в м3, який пройшов через витратомірну трубку за час 
, с;
– насипна густина сухого силікагелю – 770 кг/м3.
4.Визначити початковий вологовміст силікагелю за рівнянням матеріального балансу.
5.Побудувати рівноважну 
та робочу 
лінії процесу адсорбції для визначення середньої рушійної сили масопередачі 
:
ж (8)
де 
(9)
6.Визначити поверхню масопередачі за рівнянням (5).
7.Визначити коефіцієнт масопередачі за рівнянням (4).
Звіт за виконану роботу повинен складатись з:
а) інструкції до лабораторної роботи;
б) схеми установки;
в) таблиці вимірюваних величин;
г) розрахункової частини за п.п.1-7;
д) графіка ізотерми адсорбції та робочої лінії на міліметровому папері.
СХЕМА АДСОРБЦІЙНОЇ УСТАНОВКИ КИПЛЯЧОГО ШАРУ АДСОРБЕНТУ
1-корпус колони; 2-решітка; 3-пересипна трубка; 4-циклон; 5-прилад для вимірювання вологості; 6-патрубок для вимірювання витрати силікагелю; 7-десорбер; 8-калорифер; 9-вентилятор; 10-компресор.
ТЕОРЕТИЧНІ ОСНОВИ
Сушінням називається процес виділення вологи з пористого матеріалу при
його нагріванні та відведення пари, що утворюється. Найбільшого поширення в промисловості будівельних матеріалів та інших галузях хімічної технології набуло так зване конвективне сушіння, виконуване шляхом безперервного контактування висушуваного матеріалу із сушильним агентом /топковими газами, нагрітим повітрям/.
Однією з найефективніших сушарок є барабанна сушарка неперервної дії для сушіння сипучих, зернистих і кускових матеріалів.
Метою складання матеріального балансу процесу сушіння є визначення кількості вологи W, кг/с, що видаляється при сушінні:
/1/
де Gn – кількість матеріалу, що надходить у сушарку, кг/с;
U1,U2 – середня абсолютна вологість матеріалу відповідно до та після сушіння, % мас.
Маючи значення W, об’єм барабана та його довжину, можна визначити волого знімання барабанної сушарки й інші основні параметри.
1.Вологознімання,кг/(м3.с)
A=W/V, /2/
де V-об’єм барабана сушарки, м3.
2.Час перебування матеріалу в барабані, с,
/3/
де 
- насипна густина матеріалу, кг/м3, =1200 кг/м3[3];
=0,15…0,5-коефіцієнт заповнення барабана сушарки [4];
-середня кількість матеріалу, що відповідно надходить в сушарку, кг/с; Gn,Gс – кількість матеріалу, що відповідно надходить до сушарки й виходить з неї, кг/с.
3.Частота обертання барабана сушарки, об/с;
/4/
де L- довжина барабана, м; а=0,55- коефіцієнт, залежний від діаметра барабана та внутрішніх пристроїв [4]; d- діаметр барабана, м; 
- кут нахилу барабана, 0
4.Потужність, необхідна для обертання барабана сушарки, кВт,
/5/
де - насипна густина матеріалу, кг/м3, =1200кг/м3 [3];
=0,026- коефіцієнт, що враховує вид насадки та ступінь заповненості барабана [4]; 
- число обертів барабана, об/с; 
- довжина і діаметр барабана, м.
МЕТА РОБОТИ
1.Практичне ознайомлення з будовою та роботою барабанної сушарки.
2.Визначення продуктивності, часу перебування матеріалу в барабані, числа обертів барабана та потужності, необхідної для його обертання.
3.Визначення волого знімання сушарки.
УСТАНОВКА ТА ПРИНЦИП ЇЇ РОБОТИ
Розглянемо схему найпоширенішої прямоточної барабанної сушарки прямої дії, в якій димові гази безпосередньо контактують з матеріалом, що висушується.
Вологий матеріал з бункера і за допомогою тарільчатого 7 надходить через лійку 10 в сушарку. Щоб запобігти зависанню матеріалу, на виході із бункера і до нижньої його конусної частини прикріплено вібратор 3. Конусна частина бункера спирається на пружину 2. Кількість матеріалу, що виходить у випадку числа обертів тарільчатого живильника, регулюється за допомогою манжети 6, яка переміщується у вертикальній площині гвинтами 4 при зміні кута повороту скребка 9.Основною частою сушильної установки є барабан 11, який двома бандажами спирається на опорні ролики 14. Щоб запобігати сповзанню барабана з опорних роликів, встановлено упорні ролики 19. Обертання барабана здійснюється від електродвигуна 18 через клинопасову передачу 17, редуктор 16 та зубчату пару 15.Усередині барабану встановлену підйомно-лопатеву систему 20 для покращення контакту теплоносія з матеріалом. Сушіння здійснюється димовими газами, одержаними при згорянні природного газу, який через регулювальний кран 21 надходить до паяльника 22. Додаткове повітря, необхідне для спалювання й розбавлення продуктів спалювання, засмоктується в барабан через нещільності та вікна за рахунок розрідження, створеного вентилятором 23. Дрібні частинки матеріалу, що виносяться із сушарки димовими газами, уловлюються циклоном 24. Температура газів на виході із сушарки вимірюється за допомогою термопари 25 та потенціометра 26. Час перебування матеріалу в барабані сушарки може регулюватися зміною числа обертів барабана або кута його нахилу за допомогою гвинтів 13. Висушений матеріал на виході з барабану надходить у приймач 27.
МЕТОДИКА ПРОВЕДЕННЯ РОБОТИ
1.Виміряти основні габаритні розміри й кут нахилу барабана.
2.Включити привід барабана та вентилятор 23 і запалити газ (виконується під наглядом лаборанта).
3.Прогріти сушарку до сталої температури.
4.Визначити початкову вологість матеріалу (піску), що підлягає сушінню. Для цього слід відібрати від матеріалу три проби по 10…15г, зважити їх на аналітичних вагах, помістити в сушильну шафу й висушити до сталої ваги/тобто одержати абсолютно сухий матеріал/, зафіксувавши на аналітичних вагах, сталість маси проб протягом певного часу. Абсолютну вологість матеріалу знаходять як різницю на масу матеріалу до і після сушіння в сушильній шафі, поділивши цю різницю на масу абсолютного сухого матеріалу, тобто на масу матеріалу після сушильної шафи.
5.Засипати в бункер вологий матеріал (пісок) з початковою вологістю не більше 5-10%.
6.Включити в роботу живильник і вібратор, виміряти секундоміром час початку й кінця досліду
7.Зважити висушений матеріал і відібрати з нього три проби по 10…15г,помістивши їх у сушильну шафу ; знайти абсолютну вологість матеріалу після сушіння аналогічно абсолютній вологості матеріалу до сушіння.
8.Виключити живильник і вібратор, закрити доступ газу,виключити привод барабана та вентилятор.
9.Результати досліду заносять до табл.1-3.
ОБРОБКА ЕКСПЕРИМЕНТАЛЬНИХ ДАНИХ І ОФОРМЛЕННЯ ЗВІТУ
Таблиця 1
| Номер проби | Маса | Абсолютна вологість матеріалу до сушіння 
| Середня абсолютна вологість матеріалу до сушіння
| Примітка | |
вологої проби  кг
| вологої проби, в сушильній шафі  кг
| ||||
Таблиця 2
| Номер проби | Маса | Абсолютна вологість матеріалу після сушіння 
| Середня абсолютна вологість матеріалу після сушіння 
| Примітка | |
проби піску сушіння в сушарці  кг
| Сухої проби після сушіння в сушильній шафі  кг
| ||||
Таблиця 3
| Фізична величина, її розмірність | Результат |
Маса матеріалу на виході із сушарки  кг
| |
Час досліду, 
| |
Довжина барабана сушарки  м
| |
Діаметр барабана,  м
| |
Кут нахилу барабана 
| |
Продуктивність сушарки за сухою речовиною  ,кг
| |
Кількість вологи  кг/с
| |
Вологознімання сушарки  кг/(м3.с)
| |
Потужність на ободі барабана сушарки  кВт
|
1.Продутвність сушарки за сухою речовиною, кг/с,
2.Кількість вологого матеріалу, що надходить до сушарки, кг/с,