资源描述
填料塔吸收传质系数的测定
―、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. 了解气体空塔速度和液体喷淋密度对总体积传质系数的影响;
二、基本原理
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。
a)计算公式
填料层高度Z为:
z = fZdZ = — h—= H - N
0 K a x x — x * ol ol
式中:L 液体通过塔截面的摩尔流量,kmol / (m2 • s);
Kxa 以AX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
Nol =宀 ln[(l — A)斗* + A]
OL 1 一 A 歹]一 mX]
b)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 latm。
对清水而言,x2=0,由全塔物料衡算
G(y - y ) = L(x - x )
1 2 1 2
可得x1。
三、实验装置
1〕装置流程
本实验装置(如图1所示)流程:由自来水来的水经离心泵加压后送入填料塔塔顶经喷 头喷淋在填料顶层。由压缩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 气体中间贮罐,然后再直接进入塔底,与水在塔内进行逆流接触,进行质量和热量的交换, 由塔顶出来的尾气经转子流量计后放空,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。
1 、 2 、球阀
3、闸阀
4、液体调节阀门
5、6、15、转子流量计
7、液体分布器
8、填料
9、液体再分布器
10、塔体
11、填料支承板
12、U型压差计
13、尾气放空阀
14、压力表
16、气体中间贮罐
图1吸收装置流程图
2〕主要设备
(1)吸收塔:咼效填料塔,塔径100mm,
塔内装有e环散装填料
(金属丝网板波纹规
整填料),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:e环散装填料,金属丝网板波纹规整填料。
(3) 转子流量计;
介质
条
件
最大流量
最小刻度
标定介质
标定条件
空气
4m3/h
0.1 m3/h
空气
20 °C X 105Pa
CO2
60 L/h
10 L/h
空气
20 °C X 105Pa
水
1000L/h
20 L/h
水
20 C X 105Pa
(4) 空压机:空压;
(5) 二氧化碳钢瓶及氢气钢瓶;
(6) 气相色谱仪分析。
四、实验步骤与注意事项
(1) 熟悉实验流程。
(2) 打开仪表电源开关及多级离心泵电源开关(或打开水龙头开关);
(3) 开启液体调节阀门(4),让水进入填料塔润湿填料,仔细调节阀门4),使转子流量计(6) 流量稳定在某一实验值。(塔底液封控制:仔细调节阀门(1)、(2)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;
(4) 启动空压机,打开CO2钢瓶总阀,并缓慢调节钢瓶的减压阀,使其压力稳定在〜左右;
(5) 调节CO2转子流量计(15)的流量,使其稳定在某一值;
(6) 待塔操作稳定后,读取各流量计的读数及通过温度、U型压差计上读取各温度及塔顶 塔底间压差读数,通过CO2测定仪分析出塔顶、塔底气相CO2含量;
7)改变实验条件测定
系列实验数据,并记录在数据记录纸上。
(8)实验完毕,关闭CO2转子流量计(15),水转子流量(6),再关闭空压机和多级离心泵电 源开关(或水龙头),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。
(3) 由于CO2在水中的溶解度很小,因此,在测定组成时一定要仔细认真,这是做好本试 验的关键。
五、实验数据记录及处理
1、数据记录
流量
温度。c
压差Pa
含量%
水L/h
空气L/h
CO2ml/min
空气
水
进口
U型压差计
进口
出口
2、数据处理
1) 将原始数据列表并计算二氧化碳的体积传质系数、传质单元高度。
2) 在双对数坐标纸上绘图表示二氧化碳吸收时体积传质系数、传质单元高度与气体流量
的关系。
3)列出实验结果与计算示例。
六、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?
2. 测定Kxa有什么工程意义?
3. 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?
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