試驗七填料吸收塔的操作及吸收傳質(zhì)系數(shù)的測定

1、實驗六吸收實驗(一)丙酮填料吸收塔的操作及吸收傳質(zhì)系數(shù)的測定一、實驗?zāi)康? 、了解填料吸收塔的結(jié)構(gòu)和流程；2 、了解吸收劑進口條件的變化對吸收操作結(jié)果的影響；3 、掌握吸收總傳質(zhì)系數(shù) Kya的測定方法。二、實驗內(nèi)容1、 測定吸收劑用量與氣體進出口濃度y2的關(guān)系；2、 測定氣體流量與氣體進出口濃度y2的關(guān)系；3、 測定吸收劑及氣體溫度與氣體進出口濃度y2的關(guān)系；三、實驗原理吸收是別離混合氣體時利用混合氣體中某組分在吸收劑中的溶解度不同而到達別離的一種方法。不同的組分在不同的吸收劑、吸收溫度、液氣比及吸收劑進口濃度下，其吸收速率是不同的。所選用的吸收劑對某組分具有選擇性吸收。1、吸收總傳質(zhì)系數(shù) K

2、ya的測定傳質(zhì)速率式：NA=Kya V填厶Ym(1)物料衡算式：G 空(Yj-Y2)=L(X 1-X2)(2)相平衡式：Y=mX(3)G空(Y (1)和(2)式聯(lián)立得：Kya= 空' 12(4)V填毗由于實驗物系是清水吸收丙酮，惰性氣體為空氣，氣體進口中丙酮濃度y1>10%,屬于高濃度氣體吸收，所以：Y1=y11一y2G空一空氣的流量(由裝有測空氣的流量計測定)，Kmol/m 2 h;V填一與塔結(jié)構(gòu)和填料層咼度有關(guān);仔-mXr) _億 _mX2)YmX1 InY. -mX2X2 =0 ; XgL空 厲 一丫2)；2L 吸收劑的流量(由裝有測吸收劑的流量計測定)，Kmol/m h;

3、m-相平衡常數(shù)(由吸收劑進塔與出塔處裝的溫度計所測溫度確定)，吸收溫度：t進't出t2附：流量計校正公式為:L/h Gn為空氣轉(zhuǎn)子流量計讀數(shù)npg單位變換：G空二-，Km。曲h;其中，A為塔橫截面積，n =帝L，Kmol/m 2 h；其中，MoALo是水流量l/h，Mo是水的摩爾質(zhì)量2、吸收塔的操作yi - y吸收操作的目標函數(shù)：y2或 n = y1 影響y2有：1.設(shè)備因素；2.操作因素。1.設(shè)備因素a、填料塔的結(jié)構(gòu) 典型的填料塔 結(jié)構(gòu)為塔體是一圓 形筒體，筒體內(nèi)分 層安放一定高度的 填料層，填料層底 端由擱柵支撐，液 體分布器和液體再 分布器將吸收劑均 勻地分散至整個塔 截面的填料

4、上。液 體靠重力自上而下 流動，氣體靠壓差 自下而上流動。填 料的外表覆蓋著一 層液膜，氣液傳質(zhì) 發(fā)生在氣液接觸面 上。最早的填料拉 西1914由拉西發(fā) 明，它是一段外徑 和高度相等的短 管，時隔多年，鮑 爾環(huán)，階梯環(huán)，彈 簧填料，B環(huán)填 料不銹鋼金屬圖1.填料塔結(jié)構(gòu)示意圖絲網(wǎng)波紋填料，以及種類繁多的規(guī)整填料。評價填料特性的三個數(shù)字:23i比外表積a m /m 越大越好；ii空隙率&氣體阻力盡可能小，&越大越好；iii單位堆積體積內(nèi)的填料數(shù)目n。b、填料的作用(1) 增加氣液接觸面積應(yīng)滿足：i) 80%以上的填料潤濕。ii)液體為分散相，氣體 為連續(xù)相(反之為鼓泡塔，失去填料的

5、作用)。(2) 增加氣液接觸面的湍動應(yīng)滿足：i)保證氣液逆流。XeX圖3操作線與平衡線的關(guān)系 體再分布器。圖2.操作線與平衡線的關(guān)系ii)要有適宜的液氣比，假設(shè)氣速過 大，液體下降速度為零，即發(fā)生液 泛。填料塔的操作滿足了上述要 求，填料才會起作用。c、液體分布器的作用(1)較高的填料層，需分段安裝液 體再分布器?？朔后w向壁偏流現(xiàn)象，為此， 每隔一定高度的填料層，要裝有液(3)使填料均勻潤濕，從而增加氣液接觸面積。2)、操作因素y2所起本文所強調(diào)對于特定的吸收過程，改變L、t、x2三要素對改善的作用是不同的，即答復(fù)特定的吸收過程，三要素中哪一個是控制因素。(1)、當L/G >m時，推動

6、力厶ym由操作線某一端靠近平衡線的那一頭所決 定，見圖2所示。假設(shè)增加吸收劑 L的流量導(dǎo)致解吸超負荷，解吸不徹底， 所引起的后果是吸收劑進口濃度X2增加，從而使吸收后尾氣濃度降低X2,見圖2所示。針對這種情況，控制操作要素是X2,其方法有二種：i) 改善解吸塔的操作，采 用一切能使解吸徹底的 方法。ii) 增加新鮮吸收劑的用 量。y2也增加。L。圖4操作線與平衡線的關(guān)系2)當L/G<m時，假設(shè)適當增加吸 收劑流量，其一改善了操作線的斜率， 見圖3所示， ym將增加；其二對液 膜傳質(zhì)分系數(shù)的提高也有一定的貢 獻。如果物系屬于液膜控制，此時的 控制操作要素是適當增加吸收劑的流量但是，L的增加

7、有適度的要求，一般為L/G=1.12L/Gmin,還應(yīng)同時考慮再生設(shè)備的處理能力。3當吸收系強放熱過程時，意味著自塔頂而下，吸收液溫度增加很大，甚至到達了解吸溫度。此時的平衡線斜率變陡，傳質(zhì)推動力ym下降,見圖4所示。如，用水來吸收 SO3制H2SO4,第一步只能先制得93%的硫酸, 再用93%硫酸冷卻后吸收 SO3,經(jīng)脫去少量水，才制得98%濃硫酸。因此，針對這種情況，控制操作要素是吸收劑溫度t，即吸收液需經(jīng)中間冷卻后再吸收。四、實驗裝置流程圖1、設(shè)備流程圖進口溫度出口腿T液封裝置2、主要設(shè)備儀表管道加熱器，吸收塔，丙酮鼓泡器，壓力定值器，空氣壓縮機，流量計， 測溫儀表3、主要設(shè)備參數(shù)玻璃彈

8、簧填料塔參數(shù)：塔徑：35mm填料高度：240mm 定值器參考設(shè)定壓力：瓷拉西環(huán)填料塔參數(shù)：塔徑：35mm填料高度：400mm 定值器參考設(shè)定壓力：4、 用氣相色譜測丙酮的操作條件氣相色譜儀GC961T進樣器溫度：150 C熱導(dǎo)池溫度：150 C柱箱初始溫度：150 C載氣流量A :刻度5左右載氣流量B :刻度5左右電流：80MA進樣量六通閥進樣：25ML五、實驗步驟1、 翻開吸收劑計量流量計至刻度為2 L/h。2、 翻開空氣壓縮機，調(diào)節(jié)壓力定值器至刻度為0.02Mpa，此壓力足夠提 供氣體流動的推動力，因為尾氣排放直接放空。3、調(diào)節(jié)液封裝置中的調(diào)節(jié)閥使吸收塔塔底液位處于氣體進口處以下的某 一固

9、定高度。4、 調(diào)節(jié)空氣計量流量計至刻度為400 L/h。5、 待穩(wěn)定10 min后，分別對氣體進、出口 yi、y取樣分析，為使實驗數(shù) 據(jù)準確起見，先取y2,后取y1 ；取樣針筒應(yīng)在取樣分析前用待測氣體洗二次，取樣量近30ml。6、當常溫吸收實驗數(shù)據(jù)測定完后，將吸收劑進口溫度調(diào)節(jié)器翻開，旋至 電流刻度為1.2A，待進、出口溫度顯示均不變時，取樣分析?？记绊氈?、室溫大于15C時，空氣不需加熱，即可到達配料要求。假設(shè)室溫偏低， 可預(yù)熱空氣使y1到達要求。2、 各儀表讀數(shù)恒定 5min以后，即可記錄或取樣分析有關(guān)數(shù)據(jù)，再按預(yù)先 設(shè)計的實驗方案調(diào)節(jié)有關(guān)參數(shù)。3、用微量針管取樣時，應(yīng)特別仔細，按老師要

10、求操作。六、實驗報告的內(nèi)容和要求1、數(shù)據(jù)采集完后用計算機進行處理。2、 取一組數(shù)據(jù)進行例如計算，計算出 Ym、n、Kya。3、對實驗結(jié)果進行討論和分析。七、思考題1、從傳質(zhì)推動力和傳質(zhì)阻力兩方面分析吸收劑流量和吸收劑溫度對吸 收過程的影響？2、從實驗數(shù)據(jù)分析水吸收丙酮是氣膜控制還是液膜控制，還是兩者兼有 之？3、填料吸收塔塔底為什么必須有液封裝置，液封裝置是如何設(shè)計的。4、將液體丙酮混入空氣中。除實驗裝置中用到的方法外，還可有哪幾 種？附表：原始數(shù)據(jù)記錄表格No液相流量L/h氣相流量L/h液相進 口溫 度C液相出 口溫 度C氣相進口濃度mol%氣相出口 濃度 mol%12345二氨填料吸收塔的

11、操作及吸收傳質(zhì)系數(shù)的測定、實驗?zāi)康? 、了解填料吸收塔的結(jié)構(gòu)和流程；2 、了解吸收劑進口條件的變化對吸收操作結(jié)果的影響；3 、掌握吸收總傳質(zhì)系數(shù) Kya的測定方法。二、實驗內(nèi)容1 、測量某噴淋量下填料層 P/z-U關(guān)系曲線；2 、在一定噴淋量下，計算混合氣體中氨組分為0.02靡爾比時的傳質(zhì)系數(shù) Kya。三、實驗原理1、總傳質(zhì)系數(shù)Kya的測定H OGVKya 1(1)式中：v-空氣的摩爾流量 mol/h ;Kya-傳質(zhì)系數(shù)mol/m 3 h;Q 塔的橫截面積 m 2;H OG- 氣相總傳質(zhì)單元高度m 。由7-1可知，Kya -Hog 42 、氣相總傳質(zhì)單元高度的f 的測定：Hog 二“Nog式中

12、：Z-填料層總高度 m;NOG-氣相總傳質(zhì)單元數(shù)；3 、氣相總傳質(zhì)單元數(shù)No啲測定，Nog式中:y 1-塔底氣相濃度y 2-塔頂氣相依度； Ym-平均濃度差。4 、氣相平均推動力 Ym的測定:(5)y 二力 _ y；二比 _mx二 y2 _ mx25 、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y2上，或組分的回收率 n上。在低濃度氣體吸收時，回收率可近似用下式計算：yi - y2y2=I yiyi吸收塔的氣體進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)果的是吸收劑的進口條件：流率L、溫度t、濃度X三個要素。由吸收分析可知，改變吸收劑用量是對吸收過程進行調(diào)節(jié)的最常用的方 法

13、，當氣體流率 G不變時，增加吸收劑流率，吸收速率 Na增加，溶質(zhì)吸收量 增加，那么出口氣體的組成 y2減小，回收度n增大。當液相阻力較小時，增 加液體的流量，傳質(zhì)總系數(shù)變化較小或根本不變， 溶質(zhì)吸收量的增加主要是 由于傳質(zhì)平均推動力 ym的增加而引起的，即此時吸收過程的調(diào)節(jié)主要靠傳 質(zhì)系數(shù)大幅度增加，而平均推動力可能減小，但總的結(jié)果使傳質(zhì)速度增大， 溶質(zhì)吸收量增大。吸收劑入口溫度對吸收過程影響也甚大，也是控制和調(diào)節(jié)吸收操作的一個重要因素。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。對于液膜控制的吸收過程，降低操作溫度、吸收過程的阻力1KyaKxa將隨之減小,結(jié)果使吸收效果變好,y2降

14、低，而平均推動力 Ym或許會減小。對于氣相控制的吸收過程，降低操作溫度，過程阻力1 1不變，但平均推動力增大，吸收效果同樣將變好?？傊?，吸收Kya kya劑溫度的降低，改變了相平衡常數(shù)，對過程阻力及過程推動力都產(chǎn)生影響， 其總的結(jié)果使吸收效果變好，吸收過程的回收度增加。吸收劑進口濃度X2是控制和調(diào)節(jié)吸收效果的又一重要因素。吸收劑進口濃度X2降低，液相進口處的推動力增大，全塔平均推動力也將隨之增大而有y *yL(a)利于吸收過程回收率的提高。應(yīng)當注意，當氣液兩相在塔底接近平衡(丄:m)欲降低y2，提高回收G率，用增大吸收劑用量的方法更有效，見圖(a)。但是，當氣液兩相在塔頂接近平衡時(丄.m)提

15、高吸收劑用量，即增大-并不能使y2明顯的降低，只GG有用降低吸收劑入塔濃度 X2才是有效的，見圖(b )。四、實驗設(shè)備、儀表及流程圖1 、設(shè)備參數(shù)：(1)鼓風(fēng)機：XGE型旋渦氣泵，型號2,最大壓力1176Kpa,最大流量：75m3/h填料塔：材質(zhì)為硼酸玻璃管，內(nèi)裝 10X10X1.5瓷拉兩環(huán)，填料層高度Z=0.4m;填料塔內(nèi)徑D=0.075m(3)液氨瓶一個2 、流量測量(1)空氣轉(zhuǎn)子流量計:型號：LZB 253流量范圍：2.5 25m/h精度: 2.5%(2)水轉(zhuǎn)子流量計：型號：LZB-6流量范圍：6 60l/m精度：2.5 %3 、濃度測量:(1) 塔底吸收液濃度分析：定量化學(xué)分析儀一套。

16、(2) 塔頂尾氣濃度分析：吸收瓶、量氣瓶、水準瓶一套。4、實驗裝置及流程圖子流量計自 來 水A.':'.填料吸收塔空氣五、實驗方法及步驟1、測量某噴淋量下填料層( P/Z) 一 U關(guān)系曲線先翻開水的調(diào)節(jié)閥，使水的噴淋量為40L/h，后啟動鼓風(fēng)機，用空氣調(diào)節(jié)閥調(diào)節(jié)進塔的空氣流量，按空氣流量從小到大的順序讀取填料層壓降 P,轉(zhuǎn)子流量計讀數(shù)和流量計處空氣溫度，并注意觀察塔內(nèi)的操作現(xiàn)象， 一旦看到液泛現(xiàn)象時記下對應(yīng)的空氣轉(zhuǎn)子流量計讀數(shù)。在對數(shù)坐標紙上標出液體噴淋量為40L/h時( P/Z)一 U關(guān)系曲線，確定液泛氣速與觀察的液泛 氣速相比擬。2、測一定空氣流量和水流量下的氨氣的吸收效果

17、選擇適宜的空氣流量和水流量(建議水流量為 30L/h)，計算向進塔空氣 中送入的氨氣流量，使混合氣體中氨組分為0.02左右摩爾比。待吸收過程根本穩(wěn)定后，記錄各流量計讀數(shù)和溫度，記錄塔底排出液的溫度， 并分析塔頂尾氣及塔底吸收液的濃度。3、尾氣分析方法a排出兩個量氣管內(nèi)空氣，使其中水面到達最上端的刻度線零點處， 并關(guān)閉三通旋塞。b、 用移液管向吸收瓶內(nèi)裝入5ml濃度為0.005M左右的硫酸并參加 1 一 2滴甲基橙指示液。c、將水準瓶移至下方的實驗架上，緩慢地旋轉(zhuǎn)三通旋塞，讓塔頂尾氣 通過吸收瓶，旋塞的開度不宜過大，以能使吸收瓶內(nèi)液體以適宜的速度不斷 循環(huán)為限。從尾氣開始通入吸收瓶起就必需始終觀

18、察瓶內(nèi)液體的顏色，中和反響達到終點時立即關(guān)閉三通旋塞，在量氣管內(nèi)水面與水準瓶內(nèi)水面齊平的條件下讀取量氣管內(nèi)空氣的體積。假設(shè)某量氣管內(nèi)已充滿空氣，但吸收瓶內(nèi)未到達終點，可關(guān)閉對應(yīng)的三 通旋塞，讀取該量氣管內(nèi)的空氣體積，同時啟用另一個量氣管，繼續(xù)讓尾氣通過吸收瓶。d、用下式計算尾氣濃度 丫2 因為氨與硫酸中和反響式為：2N H3H2 S(> ( N 4) 2 SO所以到達化學(xué)計量點(滴定終點時),被滴物的摩爾數(shù) 門“匕和滴定劑的摩爾數(shù) Ih 2SO4 之比為：nNH3 : nH2SO4 2:1nNH3 = 2nH SO 4 二 2M H S( *VH SO2nNH32Mh2SO4*Vh SO

19、 4'Y'空氣(V量氣筒 T°/T量氣筒)/22. 4式中：nnhn空氣-分別為NH3和空氣的摩爾數(shù)M H2SO4 -硫酸溶液體積摩爾濃度，mol溶質(zhì)/L溶液Vh2so4 -硫酸溶液的體積，mLV量氣筒-量氣管內(nèi)空氣總體積，mLTo-標態(tài)時絕對溫度，2.73KT-操作條件下的空氣絕對溫度，K。4、塔底吸收液的分析方法a、當尾氣分析吸收瓶達終點后即用三角瓶接取塔底吸收液樣品，約 200ml并加蓋。b、 用移液管取塔底溶液 IOmL置于另一個三角瓶中，參加2滴甲基橙 指示劑。c、將濃度約為0.1N的硫酸置于酸滴定管內(nèi)， 用以滴定三角瓶中的塔底 溶液至終點。5、水噴淋量保持

20、不變，加大或減小空氣流量，相應(yīng)地改變氨流量，使混 合氣中的氨濃度與第一次傳質(zhì)實驗時相同，重復(fù)上述操作，測定有關(guān) 數(shù)據(jù)?？记绊氈?、啟動鼓風(fēng)機前，務(wù)必先全開放空閥 2。2、做傳質(zhì)實驗時，水流量不以超過 40L/h，否那么尾氣的氨濃度極低， 給尾氣分析帶來麻煩。3、兩次傳質(zhì)實驗所用的進氣氨濃度必須一樣。六、數(shù)據(jù)記錄與處理1、干填料時 P/z U關(guān)系測定L=0填料層高度Z=0.4m 塔徑D=0.075m序號填料層咼 度 P(mmH20)單位高度 填料層壓降 P/Z (mmH2O)空氣轉(zhuǎn)子 流量計讀數(shù)(m3/h)空氣流量 計處空氣 溫度t(C)對應(yīng) 空氣 的流 量3Vh(m / h)空塔氣速u(m/s)1232、噴淋量為40L/h, P/Z-U關(guān)系測定序號填料層 高度 P(mmH 2O )單位高度 填料層壓降 P/Z(mmH 2O)空氣轉(zhuǎn) 子流量 計讀數(shù)(m3/h)空氣流 量計處 空氣溫 度 t(C)對應(yīng) 空氣 的流 量Vh(m3/h)空塔氣 速u(m/s)塔內(nèi) 的操 作現(xiàn) 象123Vh=V轉(zhuǎn)/ 273_公式計算：V 273 + 20式中:V轉(zhuǎn)一一空氣轉(zhuǎn)子流量計讀數(shù)m3/h,t