化工原理試驗(yàn)—吸收

1、填料吸收塔的操作及吸收傳質(zhì)系數(shù)的測(cè)定一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?了解填料吸收塔的結(jié)構(gòu)和流程；2了解吸收劑進(jìn)口條件的變化對(duì)吸收操作結(jié)果的影響；3掌握吸收總傳質(zhì)系數(shù) Kya 的測(cè)定方法4. 學(xué)會(huì)使用 GC二、實(shí)驗(yàn)原理吸收操作是分離氣體混合物的方法之一，在實(shí)際操作過(guò)程中往往同時(shí)具有凈化與回收雙重目的。因而，氣體出口濃度 y2 是度量該吸收塔性能的重要指標(biāo)，但影響y2的因素很多，因?yàn)槲諅髻|(zhì)速率 Na由吸收速率方程式?jīng)Q定。（一）. 吸收速率方程式：吸收傳質(zhì)速率由吸收速率方程決定 ：Na KyaV填 ym 或 Na KyA ym式中： Ky 氣相總傳系數(shù)， mol/m 3.s；A 填料的有效接觸面積， m2；Ay塔頂

2、、塔底氣相平均推動(dòng)力，V 填 填料層堆積體積， m3；Kya 氣相總?cè)莘e吸收傳質(zhì)系數(shù)， mol/m 2.s。從前所述可知， NA 的大小既與設(shè)備因素有關(guān)，又有操作因素有關(guān)。匚)影響因素：1 設(shè)備因素：V填與填料層高度H、填料特性及放置方式有關(guān)。然而，一旦填料塔制成，V填就為一定值。2 操作因素：a氣相總?cè)莘e吸收傳質(zhì)系數(shù)Kya根據(jù)雙膜理論，在一定的氣溫下，吸收總?cè)莘e吸收傳質(zhì)系數(shù)Kya可表示成：11mK yakyakxa又有文獻(xiàn)可知：kya A Ga和kxa B Lb，綜合可得Kya C GaLb，顯然Kya與氣體流量及液體流量均有密切關(guān)系。比較 a b大小，可討論氣膜控制 或液膜控制。b 氣相平

3、均推動(dòng)力 Ay將操作線方程為：y丄(x x2) y2的吸收操作線和平衡線方程為：yG=mx的平衡線在方格紙上作圖，從圖5-1中可得知：ymyiy2ln»y2圖5-1吸收操作線和平衡線其中；yiyiyi*yimxi,y yy；ymx?，另外，從圖5-1中還可看出，該塔是塔頂接近平衡。（三）.吸收塔的操作和調(diào)節(jié)：吸收操作的結(jié)果最終表現(xiàn)在出口氣體的組成 y；上,或組分的回收率n上。 在低濃度氣體吸收時(shí)，回收率 n可近似用下式計(jì)算：yi y；1 里yiyi吸收塔的氣體進(jìn)口條件是由前一工序決定的，控制和調(diào)節(jié)吸收操作結(jié)果的是 吸收劑的進(jìn)口條件：流率L、溫度t、濃度x；三個(gè)因素。由吸收分析可知，改

4、變吸收劑用量是對(duì)吸收過(guò)程進(jìn)行調(diào)節(jié)的最常用方法， 當(dāng)氣體流率G不變時(shí)，增加吸收劑流率，吸收速率 Na增加，溶質(zhì)吸收量L 增加，那么出口氣體的組成y；減小，回收率n增大。當(dāng)液相阻力較小時(shí)，增加液體的流量，傳質(zhì)總系數(shù)Kya變化較小或基本不變，溶質(zhì)吸收量的增加主要是由于傳質(zhì)平均推動(dòng)力Ay的增大而引起，即 此時(shí)吸收過(guò)程的調(diào)節(jié)主要靠傳質(zhì)推動(dòng)力的變化。當(dāng)液相阻力較大時(shí)增加液體的流量。傳質(zhì)系數(shù)Kya大幅度增加，而平均推動(dòng)力可能減小，但總的結(jié)果使傳質(zhì)速率 Na增大，溶質(zhì)吸收量增大。吸收劑入口溫度對(duì)吸收過(guò)程影響也甚大，也是控制和調(diào)節(jié)吸收操作的一 個(gè)重要因素。降低吸收劑的溫度，使氣體的溶解度增大，相平衡常數(shù)減小。1

5、 m對(duì)于液膜控制的吸收過(guò)程，降低操作溫度，吸收過(guò)程的阻力丄 將Kya kxa隨之減小，結(jié)果使吸收效果變好，y2降低，而平均推動(dòng)力 Ay或許會(huì)減小。1 1對(duì)于氣相控制的吸收過(guò)程，降低操作溫度，過(guò)程阻力- 一不變但平Kya kya均推動(dòng)力Ay增大，吸收效果同樣將變好?？傊?，吸收劑溫度的降低，改變 了相平衡常數(shù)，對(duì)過(guò)程阻力及過(guò)程推動(dòng)力都產(chǎn)生影響，其總的結(jié)果使吸收效 果變好，吸收過(guò)程的回收率增加。吸收劑進(jìn)口濃度X2是控制和調(diào)節(jié)吸收效果的又一重要因素。吸收劑進(jìn)口 濃度的降低，液相進(jìn)口處的推動(dòng)的增大，全塔平均推動(dòng)力也將隨之增大而有 利于吸收過(guò)程回收率的提高。應(yīng)當(dāng)注意，當(dāng)氣液兩相在塔底接近平衡（L/G v

6、m）（見(jiàn)圖5-2a）欲降 低y2,提高回收率，用增加吸收劑用量的方法更有效。但是當(dāng)氣液兩相在塔 頂接近平衡時(shí)（L/G >m）（見(jiàn)圖5-2b）提高吸收劑用量，即增大 L/G并不 能使y2明顯的降低，只有用降低吸收劑入塔濃度 X2才是有效的。圖5 - 2 L/G大小對(duì)操作的影響、實(shí)驗(yàn)要點(diǎn)1. 單元操作 吸收單元操作的特點(diǎn)；回收率 n的影響因素；2. 實(shí)驗(yàn)結(jié)果-雙膜理論、分析吸收過(guò)程屬于氣膜控制或液膜控制;3. 實(shí)驗(yàn)測(cè)量-氣體轉(zhuǎn)子流量計(jì)的讀數(shù)以及校正；4. 實(shí)驗(yàn)流程-液泛現(xiàn)象及預(yù)防，液封的作用及控制；5. 實(shí)驗(yàn)設(shè)備-填料吸收塔的結(jié)構(gòu)及操作及填料介紹。四、實(shí)驗(yàn)裝置示意圖及流程圖418吸收實(shí)驗(yàn)流程

7、圖j空氣壓療機(jī);覽一氣動(dòng)壓力定值器* 一氣悴諾子施最計(jì); °戲剋鋼5填機(jī)知6液封裝蟄T 電加熱器：8液 休靜子流餐計(jì)油一高位梢.五、實(shí)驗(yàn)步驟（一）.設(shè)備:本實(shí)驗(yàn)裝置是空氣一丙酮混合氣一水吸收系統(tǒng)，吸收塔為填料吸收塔，氣體是經(jīng)定值器將壓力恒定的室溫空氣，進(jìn)入丙酮容器鼓泡而出，得到的丙酮已達(dá)飽和的混合氣，吸收劑為自來(lái)水，用色譜分析的方法，測(cè)定混合氣進(jìn) 口濃度 y1 及混合氣出口濃度 y2。（二）.測(cè)試準(zhǔn)備：1. 接通氣路，打開(kāi)水流量計(jì)開(kāi)關(guān)，再打開(kāi)定值器開(kāi)關(guān)，將壓力恒定在0.02MPa 左右，然后，打開(kāi)氣體轉(zhuǎn)子流量計(jì)，把水和氣的轉(zhuǎn)子流量計(jì)調(diào)節(jié)至 測(cè)試時(shí)的最大值，仔細(xì)檢查設(shè)備是否有 漏液、液

8、泛 等不正?，F(xiàn)象，如果一切 正常，即可開(kāi)始調(diào)試。2測(cè)試： 在上面的步驟完成后，用分別改變水流量、空氣流量（均由小至大） 、及 水溫（升高）的方法，測(cè)數(shù)組數(shù)據(jù)。每改變一次水流量或空氣流量，均需間 隔數(shù)分鐘取樣，或出口水溫基本恒定。取樣時(shí)，先取y1 再取 y2。3. 注意事項(xiàng)：氣體流量不能超過(guò)600 L/h，液體流量不能超過(guò)7L/h，否則有可能液泛。 液封的液位高低由后面的閥門(mén)控制。六、實(shí)驗(yàn)操作原則及內(nèi)容（一）.實(shí)驗(yàn)操作原則：1先開(kāi)水的開(kāi)關(guān)，后開(kāi)氣的開(kāi)關(guān)，并測(cè)量空氣的溫度。？2. yi每次都要測(cè)量，且要先測(cè)y2,后測(cè)yi,防止影響吸收的平衡。 3注意控制液封的水位，且要防止液泛。4. 加熱溫度要小

9、于50C,。（電壓95伏左右）5. 改變控制條件時(shí)，要經(jīng)過(guò) i0 i5 min 時(shí)間穩(wěn)定。（二）實(shí)驗(yàn)內(nèi)容：1 在空氣流量恒定條件下，改變清水流量，測(cè)定氣體進(jìn)出濃度yi、y2,計(jì)算組分回收率n,傳質(zhì)推動(dòng)力面Ay和傳質(zhì)系數(shù)Kya。2在清水流量恒定條件下，改變空氣流量，測(cè)定氣體進(jìn)出口濃度yi、y2, 計(jì)算組分回收率n,傳質(zhì)推動(dòng)力面Ay和傳質(zhì)系數(shù)“a。3. 在空氣流量和清水流量恒定條件下， 改變清水溫度，測(cè)定氣體進(jìn)出口 濃度yi、y2,計(jì)算組分回收率n,傳質(zhì)推動(dòng)力面Ay和傳質(zhì)系數(shù)Ky&七、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄及數(shù)據(jù)處理（一）.設(shè)備參數(shù)：填料：瓷質(zhì)拉西環(huán)； 氣液接觸方式：氣液逆流；（二）.操作參數(shù)：定值

10、器壓力：0.02-0.04MPa （表壓）（三）原始數(shù)據(jù)記錄：1 .常數(shù)：填料塔直徑D : 40 mm；填料塔高度H : 220 mm； 色譜儀系數(shù)：0.18;室溫：10C；氣壓：101.3KPa2. 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄：序氣體流量水流量氣體進(jìn)口濃度氣體岀口濃度水進(jìn)口水出口混合氣號(hào)G / (L/h)L / (L/h)色譜峰高色譜峰高溫度廠c溫度/ c溫度/ c12345（四）計(jì)算結(jié)果序號(hào)氣體流量G2Kmol / m .h水流量L2Kmol / m .hXi ynKya12345八、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理中注意事項(xiàng)說(shuō)明：1. 氣體流量計(jì)在0.02MPa下使用，與氣體流量計(jì)標(biāo)定時(shí)的狀態(tài)不同，故需校正：G Gn2. 吸收劑的進(jìn)口溫度由半導(dǎo)體溫度計(jì)測(cè)得，需計(jì)算全塔平均溫度，來(lái)查得各組的m值。全塔平均溫度為:3. 色譜儀上讀得的峰面積正比于取樣氣相濃度，進(jìn)出口峰面積之比，等 于氣體進(jìn)出口濃度yi， y2之比。igp a4. 丙酮的安托因方程系數(shù)C tP： mmHgA: 6.75.30B： 1030.96C： 209.83t: C (545C)九、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理結(jié)果的討論及要求1 在空氣流量恒定條件下，改變清水流量，討論組分回收率n,傳質(zhì)推動(dòng)力面Ay和傳質(zhì)系數(shù)Kya的變化規(guī)律。2 在清水流量恒定條件下，改變空氣流量，討論組分回收率n,傳質(zhì)推動(dòng)力面Ay和傳質(zhì)系數(shù)Kya的變化規(guī)律。3 從實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析水