姓名 | 学号 | 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);环保柴火灶 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:
(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; 导线分流器 (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硒化卡拉胶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 原始数据记录表
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交警制服.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 =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*10IKRTV-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 | 签名: 年 月 日 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
本文发布于:2024-09-23 05:24:56,感谢您对本站的认可!
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