تبلیغات
سر فصلی از مهندسی شیمی - آز عملیات واحد
 
صفحه نخست       تماس با مدیر       پست الکترونیک      RSS       ATOM
سر فصلی از مهندسی شیمی
 

عنوان آزمایش :    برج جذب ( برج های پرشده )

                  ABSORBTION TOWER ( PACKET TOWER)

 

تئوری آزمایش :

جهت انتقال جرم بین دو فاز از روش‌ های مختلف استفاده می شود . به عنوان مثال می توان درون یك مخزن مایع وگاز را با هم مخلوط و سپس جدا نمود . به این صورت كه گاز از درون  سوراخ هائی از پائین وارد مایع شده و از بالا خارج شود . یا می توان از برج های سینی دار استفاده كرد . آنچه مهم است این است كه زمان تماس در میزان انتقال جرم مؤثراست . هرچه زمان تماس افزایش یابد میزان انتقال نیز بیشتر است .  بنابراین دستگاههای انتقال جرم را طوری طراحی می كنند كه زمان تماس افزایش یابد .  یكی از این روش ها استفاده از برجهای پركن ( PACKED BED) می باشد كه باید دارای خصوصیات زیر باشند .

  1)  سطح تماس زیادی را بین مایع و گاز ایجاد  كند .  یعنی سطح پر كن به ازاء واحد حجم ستون بایستی زیاد باشد .به عنوان مثال قطعات ذغال به دلیل دارا بودن ساختار متخلخل دارای سطح فعال بالا می باشد .

      2)        دارای خصوصیات مطلوب جهت جریان سیال باشد . به آن معنی كه جزء تهی در ستون پرشده مقدار بزرگی باشد .  پركن بایستی امكان عبور حجم زیادی از سیال را از سطح مقطع كوچكی بدون آنكه پدیده های انباشتگی ( LOADING) و طغیان FLOODING)) رخ دهد ، فراهم سازد .

      3)        از لحاظ شیمیائی در برابر سیالاتی كه به كار می رود بی اثر باشد .

      4)        دارای استحكام باشد تا استفاده از آن به آسانی امكان پذیر باشد .

      5)        ارزان قیمت باشد .

از پر كن ها به دو صورت نا منظم و منظم در برج ها استفاده می شود .  در طریقة نامنظم پر كن ها را به طور عادی درون ستون می ریزند . پر كن ها پس از فرود به طور منظم انباشته می شوند .  درگذشته ازسنگ های خرد شده ، شن و ذغال برای پر كردن استفاده می شد ولی با وجود ارزان بودن آن به دلیل دارا بودن سطح كوچك و خصوصیات نامطلوب ، از نظر حركت سیال می باشد ( برخی از پر كن ها متداول در شكل صفحة بعد نشان داده شده است ) .

 درطریقة منظم افت فشار گاز كمتر بوده وامكان استفاده از شدت جریان های زیاد فاز گاز فراهم می شود ، اما هزینه پر كردن این نوع برج ها بیشتر از نوع نامنظم خواهد بود . ( شكل های این نوع

پر كن ها در صفحة بعد نشان داده شده است ) .

 

 

شرح آزمایش :

هدف از این آزمایش جذب    توسط آب می باشد به صورتی كه جریان آب و  به صورت جریان متقابل ( CONTER CURRENT) در یك برج پر شده) ( PACKED TOWER با هم تماس حاصل نموده و     جذب آب       می گردد .

به این صورت كه گاز از پائین و آب از بالا وارد برج شده ، باید توجه نمود كه جریان ها طوری برقرار شوند كه پدیده های نامطلوب اعم از FLOODING  و LOADING اتفاق نیافتد . جریان گاز بعد از تماس با فاز مایع از بالای برج خارج شده و جریان آب همراه با  جذب شده ( حدود 80% از  جذب آب می گردد ) از پائین برج خارج می گردد .

واكنشی كه در فاز آب رخ می دهد به صورت زیر می باشد :

بنابراین مایع خروجی از ته برج خاصیت اسیدی دارد برای بدست آوردن غلظت درنهایت FLOW RATE فاز گاز مایع را با سود تیتر می كنیم .  برای این منظور 50 CC از آب خروجی را با یك باز0.1 نرمال تیتر می كنیم . جهت تشخیص نقطة اكی والان از معرف فنل فتالین استفاده می كنیم .

دراین آزمایش شدت جریان حجمی فاز مایع را با استفاده از یك استوانه مدرج و یك كرنومتراندازه گیری نمودیم . به این صورت كه 280 CC در مدت زمان 5.475 از برج خارج شد بنا بر این داریم :                                     

 

مقدار 50 cc از مایع خروجی را با استفاد ه از سود 0.1 نرمال تیتر كردیم حجم سود مصرفی 1.7 cc خوانده شد . برای به دست آوردن نرمالید اسید كربنیك از رابطه     استفاده می كنیم .

 

برای بدست آوردن غلظت  در مایع خروجی از رابطه زیر استفاده می كنیم .

=مولاریته اسید كربنیك

حال یك بالانس جرمی براساس      حول برج می بندیم داریم :

 

 

 

 

 

 

 

عنوان آزمایش :    برج دیواره مرطوب

( WET WALL TOWER)

تئوری آزمایش :

همانگونه كه درآزمایش برج آكنده ( پرشده) ذكر شد یكی از دستگاههای انتقال جرم( GAS-LIQUID) برج دیواره مرطوب می باشد . به طوری كه مایع با شدت جریان كم دیوارة برج را مرطوب كرده و به سمت پائین می ریزد و گاز را به طور هم جهت یا متقابل با این فیلم مایع تماس می دهند تا انتقال جرم بین دو فاز صورت گیرد . ازاین دستگاه به علت سادگی ، مشخص بودن سطح تماس دو فاز وامكان كنترل ، در مطالعات نظری  انتقال جرم استفاده می شود .  درصنعت ، این دستگاه برای جذب اسید كلریدریك در آب كه توأم با ایجاد گرمای زیادی می باشد به كار می رود .  دراین حالت آب سرد جهت خنك نمودن در اطراف برج جریان دارد .  در شرایط یكسان افت فشار حاصله دراین برج ها نسبت به سایر دستگاههای مجاور كننده كمتر است . درانتقال جرم با جریان متقابل در این گونه برج ها در فاز مایع یك غلظت ورودی و یك غلظت خروجی داریم . غلظت در طول برج به صورت دیفرانسیلی كم شده و بالطبع انتقال جرم بین دو فاز در نقاط مختلف برج متفاوت می باشد و برای بدست آوردن میزان انتقال جرم باید به روش المان گیری و با گرفتن انتگرال عمل كنیم .

اما در آزمایشگاه عملیات واحد هدف ما به دست آوردن شدت جریان حجمی فاز گاز می باشد . برای این منظور با داشتن شدت جریان فاز مایع و با علم به اینكه  جذب شده توسط آب، با آب واكنش داده وتولید اسید می نماید با تیتراسیون واستفاده

از فرمول  وبستن بالانس جرمی شدت جریان فاز گاز را به دست می آوریم .

شرح آزمایش :

مطابق شكل صفحه قبل دو فاز مایع (آب) و گاز  به طور متقابل با یكدیگر تماس پیدا نموده و  جذب آب می شود  . به وسیله یك كرنومتر و یك استوانة مورج شدت جریان حجمی آب را اندازه گرفتیم . بدین صورت كه 287 cc آب در مدت زمان 10 sec خارج شد . بنا براین شدت جریان حجمی مایع به صورت زیر بدست می آید :

همانطور كه مشخص است غلظت  ورودی در آب صفر و غلظت خروجی را به وسیله تیتراسیون با سود 0.1  نرمال بدست می آوریم .

واكنش انجام شده همانند آزمایش برج پرشده می باشد ، داریم :

 

بنابراین فاز مایع خاصیت اسیدی پیدا می كند .

50cc از مایع خروجی از دستگاه را با سود 0.1 نرمال تیتر كردیم ، مقدار 5.3 cc از سود مصرف شد نرمالیتة اسید به صورت زیر بدست می آید :

برای بدست آوردن غلظت  حل شده در آب داریم :

اكی والان +نرمالیته = مولاریته

=مولاریته اسید

حال یك بالانس جرمی بر اساس غلظت  حول برج می بندیم ، داریم :

 

 

با فرض اینكه 80% از  جذب می شود ، داریم :

 

 

 

 

 

 

 

 

عنوان آزمایش :    تعیین درجه سرعت واكنش شیمیائی

                                   ( CHEMICAL REACTION)    

تئوری آزمایش :

طرح راكتور شیمیائی مبحثی است كه فقط مختص مهندس شیمی بوده و شاید تنها زمینه ای است كه مهندس شیمی را به عنوان رشته جداگانه ای از مهندسی توجیه می نماید .

در طرح راكتور باید به دو سئوال پاسخ داده شود :

1-چه تغییراتی اتفاق می افتد ؟

2-این تغییرات با چه سرعتی روی می دهند ؟

واكنش های شیمیائی را می توان به دسته های مختلفی تقسیم بندی نمود . به عنوان مثال بعضی از واكنشها كاتالیزری هستند و بعضی دیگر غیر كاتالیزری ، برخی همگون و برخی دیگر غیر همگون برروی سرعت واكنش پارامترهای مختلفی تأثیر دارند كه مثلاً می توان در سیستم های همگون به دما ، فشار ، غلظت . درسیستم های غیر همگون به دلیل آنكه بیش از یك فاز موجود می باشند  ، مسأله پیچیده تر می شود درطول واكنش ، مواد باید از فازی به فاز دیگر منتقل شوند . بنابراین سرعت انتقال جرم می تواند مهم باشد .

 

راكتور :

به ظرفی كه واكنش در آن انجام می گیرد راكتور گویند و انواع مختلفی دارد كه از جمله می توان به راكتور BATCH ، راكتور MIXED و راكتور PLUG اشاره كرد كه هر كدام دارای قوانین و قواعد مخصوصی می باشند . دستگاههائی كه در آنها آزمایش های سرعت صورت می گیرد به دو دسته ناپیوسته ( BATCH) و جاری ( FLOW) تقسیم می شوند .

یك راكتور ناپیوسته ظرفی است كه مواد تركیب شونده را درآن می ریزند . دراین قبیل راكتورها فقط باید میزان انجام واكنش را در زمان های مختلف اندازه گیری كرد واین كار را به روش های گوناگون می توان انجام داد :

1-به ا اندازه گیری غلظت یك سازنده موجود در واكنش

2-با اندازه گیری تغییرات یكی خاصیت فیزیكی سیال مانند هدایت الكتریكی با ضریب شكست .

3-با اندازه گیری تغییرات فشار كل در یك سیستم حجم ثابت

4-اندازه گیری تغییرات حجم در یك سیستم فشار ثابت

راكتور های ناپیوسته را معمولاً در دما و حجم ثابت به كار می برند . سرعت واكنش را براساس میزان از بین رفتن ماده A نسبت به زمان به صورت زیر می نویسیم :

در واكنش های دو ملكولی (درجه دو )  داریم :

اگر در لحظه اول میزان A ,B برابر باشند ، غلظت  می گردد و فرمول فوق به صورت ذیل خلاصه می گردد :

جهت امتحان اینكه آیا واكنش ما درجة دوم است یا خیر باید طبق روش زیر عمل كنیم :

اگر در واكنش غلظت ماده A را در زمان های مختلف اندازه گیری كنیم و نمودار    را بر حسب زمان رسم كنیم باید یكی راست با شیب K و عرض از مبداء     به دست آید اگر به این صورت نبود باید درجات دیگررا آزمایش كنیم .

 

 

شرح آزمایش :

ابتدا  700 cc سود 0.1  نرمال و 700 cc اتیل استیلن را همزمان درون یك راكتور BATCH ریخته و در لحظات مختلف نمونه های 5 cc از راكتور برمی داریم و درون لوله آزمایشی كه از قبل 5 cc اسید كلریدریك 0.1 نرمال ریخته ایم ، می ریزیم .

اسید كلریدریك در اینجا نقش یك ممانعت كننده را بازی می كند و از پیشرفت واكنش جلوگیری كرده و واكنش را متوقف می سازد .

نمونه ها را توسط سود 0.1 نرمال تیتر می كنیم تا حجمی كه واكنش نداده معین گردد .  دراین آزمایش جهت تعیین نقطه اكی والان از معرف فنل فتالین استفاده می كنیم و عمل نمونه گیری را در زمان های سه دقیقه ای انجام می دهیم .

مقدار سود واكنش نداده را بدین طریق تعیین می كنیم .

حجم سود تیتراسیون-  5 = حجم سود واكنش نداده

اثبات :

مقدار سودی كه در تیتراسیون مصرف می شود برابر مقدار اسید كلریدریك باقی مانده است ( چون هر دو 0.1  نرمالند ) ومقدار سود واكنش نداده برابر آن مقدار ار اسید می باشد كه قبل از تیتراسیون خنثی گردیده است .نتایج را در جدولی به صورت زیر مرتب می نمائیم .

 

نرمالیته در نمونه

حجم سود واكنش نداده برحسب

cc

حجم سود مصرفی در تیتراسیون بر حسب cc

زمان بر حسب دقیقه

0.048

2.4

2.6

0

0.036

1.8

3.2

3

0.028

1.4

3.6

6

0.024

1.2

3.8

9

0.022

1.1

3.9

12

 

حال با استفاده از فرمول زیر غلظت را به دست می آوریم :

اكی والان  × نرمالیته =مولاریته

 

 

با استفاده از فرمول فوق برای نرمالیته های مختلف مولاریته ها را به دست می آوریم .

 

 

0.803

0.876

1.022

1.314

1.752


1.2453

1.1416

0.9785

0.761

0.5701


 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

عنوان آزمایش :    نفوذ ملكولی                                   

                                    MOLCULAR  DIFFUSION

 

تئوری آزمایش :

دو ماده وقتی در كنار هم قرار می گیرند با توجه به اختلاف غلظت ( اگر دریك فاز باشند ) و با توجه به اختلاف  پتانسیل ( اگر در دو فاز باشند ) انتقال جرم صورت می گیرد .

هرچه محیط غیر مادی باشند نفوذ سریع تر صورت می گیرد به عنوان مثال نفوذ جامد در جامد ممكن است سال ها طول بكشد . انواع انتقال جرم را می توان به مایع در مایع ، مایع در گاز ، گاز در مایع ، جامد در مایع ، جامد در جامد اشاره كرد .

نفوذ مولكولی در اثر حركت مولكول های یك جسم و به علت وجود انرژی حرارتی انجام می پذیرد . در تئوری جنبشی گازها فرض بر این است كه هر مولكول در مسیر مستقیم و با سرعت ثابت حركت نموده و پس از طی مسافتی به مولكول دیگری برخورد می كند ، لذا جهت و سرعت حركت آن تغییر می كند . مقدار متوسط مسافتی كه یك مولكول طی می كند تا به مولكول دیگر برخورد نماید ، مسیر آزاد متوسط ( MEAN FREE PATH) مولكولی نامیده می شود .

مسافت خاصی را كه مولكولی در زمان معین و درجهت معین طی می كند را شدت نفوذ آب می نامند .  نفوذ ملكولی با فشار نسبت عكس و با دما نسبت مستقیم دارد . یعنی هر چه فشار را كم كنیم تعداد برخوردهای ملكولی كم شده و نفوذ افزایش می یابد و با افزایش دما سرعت مولكولی افزایش یافته و نفوذ زیادتر می گردد . پدیده نفوذ مولكولی نهایتاً منجر به یكنواخت شدن غلظت مواد در سراسر یك مخلوط می گردد. دریك سیستم دو فازی همان طور كه ذكرشد انتقال جرم در دو فاز به اختلاف پتانسیل دو فاز بستگی دارد نه به غلظت و در واقع در اینجا نیرو محركه اختلاف پتانسیل می باشد .

انتقال جرم در فاز گاز را می توان از فرمول زیر بدست آورد :

این فرمول به طریق زیر به دست می آید :

اگر  از قانون گازهای كامل استفاده كنیم :

 CA/C=PA/P=YA                                                                                       

         C= n/v=Pt/RT                                                                                                  

با جایگذاری در فرمول اصلی داریم :

 

حال اگر فقط نفوذ توسط ماده A صورت پذیرد ودر حقیقت  باشد نسبت  برابر یك می شود و فرمول فوق به صورت زیر خلاصه  می گردد :

فشار بخار یك مایع در واقع  را می توان از معادله آنتوان بدست آورد .

فشار  نیز همان فشار محیط است كه 1  atm در نظر می گیریم .

حهت محاسبه  محاسبات زیر را انجام می دهیم :

 

 

 

با انتگرال گیری داریم :

با توجه به اینكه قطر لوله آزمایش را 1 Cm در نظر می گیریم V به صورت زیر محاسبه می شود .

 

 

 

 

 

شرح آزمایش :

لوله آزمایش محتوی استن را در یك حمام آب گرم كه دمای آن 50 c است قرار می دهیم . ارتفاع مایع درون لوله آزمایش 5 Cm است . بعد از مدت زمان 30 min مشاهده می كنیم كه ارتفاع استن در لوله آزمایش كاهش یافته و به ارتفاع  می رسد حال طبق فرمول اثبات شده جایگذاری می كنیم داریم :



درباره وبلاگ

روزی در آخر ساعت درس یك دانشجوی دوره دكترای نروژی ، سوالی مطرح كرد: استاد،شما كه از جهان سوم می آیید،جهان سوم كجاست ؟؟ فقط چند دقیقه به آخر كلاس مانده بود.من در جواب مطلبی را فی البداهه گفتم كه روز به روز بیشتر به آن اعتقاد پیدا می كنم.به آن دانشجو گفتم: جهان سوم جایی است كه هر كس بخواهد مملكتش را آباد كند،خانه اش خراب می شود و هر كس كه بخواهد خانه اش آباد باشد باید در تخریب مملكتش بكوشد.

پروفسورحسابی
مدیر وبلاگ : ابراهیم سیفی

آرشیو وبلاگ
نویسندگان
Online User
آمار وبلاگ
کل بازدید :
بازدید امروز :
بازدید دیروز :
بازدید این ماه :
بازدید ماه قبل :
تعداد نویسندگان :
تعداد کل پست ها :
آخرین بازدید :
آخرین بروز رسانی :