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填料塔吸收传质系数的测定

化工原理实验报告

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实验组号

实验日期

指导教师

成绩

实验名称

填料塔吸收传质系数的测定

一、实验目的

1．了解填料塔吸收装置的基本结构及流程；

2．掌握总体积传质系数的测定方法；

3．了解气相谱仪和六通阀的使用方法。

二、实验原理

气体吸收是典型的传质过程之一。由于CO2气体无味、无毒、廉价，所以气体吸收实验常选择CO2作为溶质组分。本实验采用水吸收空气中的CO2组分。一般CO2在水中的溶解度很小，即使预先将一定量的CO2气体通入空气中混合以提高空气中的CO2浓度，水中的CO2含量仍然很低，所以吸收的计算方法可按低浓度来处理，并且此体系CO2气体的解吸过程属于液膜控制。因此，本实验主要测定Kxa和HOL。

计算公式

填料层高度Z为

式中： L 液体通过塔截面的摩尔流量，kmol / (m2·s)；

Kxa 以△X为推动力的液相总体积传质系数，kmol / (m3·s)；

HOL 液相总传质单元高度，m；

NOL 液相总传质单元数，无因次。

令：吸收因数A=L/mG

测定方法

（1）空气流量和水流量的测定

本实验采用转子流量计测得空气和水的流量，并根据实验条件（温度和压力）和有关公式换算成空气和水的摩尔流量。

（2）测定填料层高度Z和塔径D；

（3）测定塔顶和塔底气相组成y1和y2；

（4）平衡关系。

本实验的平衡关系可写成

y = mx

式中： m 相平衡常数，m=E/P；

E 亨利系数，E＝f(t)，Pa，根据液相温度由附录查得；

P 总压，Pa，取1atm。

对清水而言，x2=0,由全塔物料衡算

可得x1 。



三、实验装置

1．装置流程

1－液体出口阀2；2－风机；3－液体出口阀1；4－气体出口阀；5－出塔气体取样口；6－U型压差计；7－填料层；8－塔顶预分布器；9－进塔气体取样口；10－玻璃转子流量计（0.4~4m3/h）；11－混合气体进口阀1；12－混合气体进口阀2；13－孔板流量计；14－涡轮流量计；15－水箱；16－水泵

图7-1 吸收装置流程图

本实验装置流程：由自来水源来的水送入填料塔塔顶经喷头喷淋在填料顶层。由风机送来的空气和由二氧化碳钢瓶来的二氧化碳混合后，一起进入气体混合罐，然后再进入塔底，与水在塔内进行逆流接触，进行质量和热量的交换，由塔顶出来的尾气放空，由于本实验为低浓度气体的吸收，所以热量交换可略，整个实验过程看成是等温操作。

2．主要设备

（1）吸收塔：高效填料塔，塔径100mm，塔内装有金属丝网波纹规整填料或θ环散装填料，填料层总高度2000mm.。塔顶有液体初始分布器，塔中部有液体再分布器，塔底部有栅板式填料支承装置。填料塔底部有液封装置，以避免气体泄漏。

（2）填料规格和特性：金属丝网波纹规整填料：型号JWB—700Y，规格φ100×100mm，比表面积700m2/m3。

（3）转子流量计：

薄荷棒

介质	条件
介质	常用流量	最小刻度	标定介质	标定条件
CO碳浆2	2L/min	0.2 L/min	CO2	20℃ 1.0133×105Pa

（4）空气风机：型号：旋涡式气机

（5）二氧化碳钢瓶；

（6）气相谱分析仪。

四、实验步骤

1．实验步骤

（1）熟悉实验流程及弄清气相谱仪及其配套仪器结构、原理、使用方法及其注意事项；

（2）打开混合罐底部排空阀，排放掉空气混合贮罐中的冷凝水；

（3）打开仪表电源开关及风机电源开关，进行仪表自检；

（4）开启进水阀门，让水进入填料塔润湿填料，仔细调节玻璃转子流量计，使其流量稳定在某一实验值。（塔底液封控制：仔细调节液体出口阀的开度，使塔底液位缓慢地在一段区间内变化，以免塔底液封过高溢满或过低而泄气）；

（5）启动风机，打开CO2钢瓶总阀，并缓慢调节钢瓶的减压阀；

（6）仔细调节风机旁路阀门的开度（并调节CO2调节转子流量计的流量，使其稳定在某一值；）建议气体流量3－5 m3/h；液体流量0.6-0.8 m3/h；CO2流量2-3L/min。

（7）待塔操作稳定后，读取各流量计的读数及通过温度、压差计、压力表上读取各温度、塔顶塔底压差读数，通过六通阀在线进样，利用气相谱仪分析出塔顶、塔底气体组成；

（8）实验完毕，关闭CO2钢瓶和转子流量计、水转子流量计、风机出口阀门，再关闭进水阀门，及风机电源开关，（实验完成后我们一般先停止水的流量再停止气体的流量，这样做的目的是为了防止液体从进气口倒压破坏管路及仪器）清理实验仪器和实验场地。

2．注意事项

（1）固定好操作点后，应随时注意调整以保持各量不变。

（2）在填料塔操作条件改变后，需要有较长的稳定时间，一定要等到稳定以后方能读取有关数据。

五、原始数据记录

ofp002

原始数据记录表

流量			温度		含量%
水（m3/h）	气体总流量（m3/h）	电梯井防护门 CO2 (L/min)	空气	水	进口	出口
0.6	4	2.5	高频预热机22.3	13.5	0.0199	0.2449
0.7	4	2.5	22.3	13.5	0.0199	0.3552
0.8	4	2.5	22.3	13.5	0.0199	0.2502

六、数据处理

(1)单位换算：

水：0.6m3/h=600kg/h=（600/3600）*4/(π*18)=0.01179kmol/m2.s

0.7m3/h=700kg/h=（700/3600）*4/(π*18)=0.01375kmol/m2.s

0.8m3/h=800kg/h=（800/3600）*4/(π*18)=0.01572kmol/m2.s

气体流量：4m3/h=（4/3600）*4/（π*22.4）=6.316*10-5kmol/m2.s

二氧化碳：2.5L/min=0.06*2.5 m3/h =0.15m3/h=(0.15/3600)*4/（π*22.4）=2.368*10-6 kmol/m2.s

(2)数据处理：

1.液体流量为0.6m3/h，气体流量为4m3/h 求算Kxa，及HOL方法

已知L=0.01179kmol/m2.s G=6.316*10-5kmol/m2.s m=1420

A=L/mG==0.01179/(6.316*10-5*1420)=0.1315

=2.6451m

又∵h0=2m

∴HOL= h0/NOL=2/2.6451=0.756m

Kxa=G/HOL=6.316*10-5/0.756=8.354*10-5 kmol/m3.s

2.液体流量为0.7m3/h，气体流量为4m3/h 求算Kxa，及HOL方法与第一步相似

已知L=0.01375kmol/m2.s G=6.316*10-5kmol/m2.s m=1420

A=L/mG==0.01375/(6.316*10-5*1420)=0.1533

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=3.2191m

又∵h0=2m

∴HOL= h0/NOL=2/3.2191=0.621m

Kxa=G/HOL=6.316*10-5/0.621 =1.017*10-4kmol/m3.s

3.液体流量为0.8m3/h，气体流量为4m3/h 求算Kxa，及HOL方法与第一步相似

已知L=0.01572kmol/m2.s G=6.316*10-5kmol/m2.s m=1420

A=L/mG==0.01572/(6.316*10-5*1420)=0.1753

=2.8563m

又∵h0=2m

∴HOL= h0/NOL=2/2.8563=0.701m

Kxa=G/HOL=6.316*10-5/0.701 =9.001*10-5kmol/m3.s

七、实验结果及讨论

通过对本次实验的数据进行收集分析作图，经过分析得到传质系数受液体流量的影响较大，受气体流量的影响较小，随着气体流量增大，传质系数增加，在后面的数据分析发现，由于传质系数受气体流量变化很小，其中有两个偏差很大的点只是相对偏差较大，而绝对误差偏差很小。可以近似认为等于理论值，在图表解析的过程中，传质系数几乎不受气体流量的影响。

八、思考题

1．本实验中，为什么塔底要有液封？液封高度如何计算？

答：保证塔内液面，防止气体漏出,保持塔内压力.U形管液封所需高度是由系统内压力(P1塔顶气相压力)、冷凝器气相的压力(P2)及管道压力降(h,)等参数计算确定的。可按式(4.0.1-1)计算:H=(P1一P2)X10.2/Y一h-式中H.,-—最小液封高度，m;P1,—系统内压力;P2—受液槽内压力;Y—液体相对密度;h-—管道压力降(液体回流道塔内的管线)一般情况下，管道压力降(h-)值较小，可忽略不计，因此可简化为H=(P1一P2)X10.2/Y为保证液封效果，液封高度一般选取比计算所需高度加0.3m-0.5m余量为宜。

2．测定Kxa有什么工程意义？

答：传质系数Kxa是气液吸收过程重要的研究的内容，是吸收剂和催化剂等性能评定、吸收设备设计、放大的关键参数之一。

3. 为什么二氧化碳吸收过程属于液膜控制？

答：易溶气体的吸收过程是气膜控制,如HCl,NH3,吸收时的阻力主要在气相,反之就是液膜控制.对于CO2的溶解度和HCl比起来差远了,应该属于液膜控制。

4. 当气体温度和液体温度不同时，应用什么温度计算亨利系数？

答：液体温度,因为亨利定律一般适应于稀溶液,如难容气体的溶解,这种溶解的传质过程属于液膜控制（m值大）,液体的影响比较大,故选择液体温度。

指导教师意见

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年月日

本文发布于:2024-09-22 12:41:18，感谢您对本站的认可！

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