試驗(yàn)六丙酮蒸汽吸收

1、實(shí)驗(yàn)六丙酮蒸汽吸收一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?1) 了解填料吸收塔的一般結(jié)構(gòu)和工業(yè)吸收過(guò)程流程。(2) 掌握吸收總傳質(zhì)系數(shù) Kya的測(cè)定方法。(3) 考察吸收劑進(jìn)口條件的變化對(duì)吸收效果的影響。(4) 了解處理量變化對(duì)吸收效果的影響。二、實(shí)驗(yàn)原理1 概述吸收過(guò)程是依據(jù)氣相中各溶質(zhì)組分在液相中的溶解度不同而別離氣體混合物的單元操 作。在化學(xué)工業(yè)中洗手操作廣泛應(yīng)用于氣體原料凈化、有用組分的回收、 產(chǎn)品制取和廢氣治理等方面。在吸收研究過(guò)程中，一般可分為對(duì)吸收過(guò)程本身的特點(diǎn)或規(guī)律進(jìn)行研究和對(duì)吸收 設(shè)備進(jìn)行開(kāi)發(fā)研究?jī)蓚€(gè)方向。前者的研究?jī)?nèi)容包括吸收劑的選擇、確定因影響吸收過(guò)程的因素、測(cè)定吸收速率等，研究的結(jié)果可為吸收工藝

2、設(shè)計(jì)提供依據(jù)，或?yàn)檫^(guò)程的改良及強(qiáng)化指出方向；后者研究的重點(diǎn)為開(kāi)發(fā)新型高效的吸收設(shè)備，如新型高效填料、新型塔板結(jié)構(gòu)等。吸收通常在塔設(shè)備內(nèi)進(jìn)行， 工業(yè)上尤其以填料塔用的普遍。填料塔一般由以下幾局部構(gòu)成：(1)圓筒殼體；(2)填料；(3)支撐板；液體預(yù)分布裝置； 液體再分布器；(6)捕沫裝置； (7)進(jìn)、出口接管等等。其中，塔內(nèi)放置的專(zhuān)用填料作為氣液接觸的媒介，其作用是使從塔 頂流下的流體沿填料外表散布成大面積的液膜，并使從塔底上升的氣體增強(qiáng)湍動(dòng)，從而為氣液接觸傳質(zhì)提供良好條件。液體預(yù)分布裝置的作用是使得液體在塔內(nèi)有一良好的均勻分布。 而液體在從塔頂向下流動(dòng)的過(guò)程中，由于靠近塔壁處的空隙大，流體阻力

3、小，液體有逐漸向塔壁處聚集的趨向，從而使液體分布變差。 液體再分布器的作用是將靠近塔壁處的液體收集 后再重新分布。填料時(shí)填料吸收塔最重要的局部。對(duì)于工業(yè)填料，按照其結(jié)構(gòu)和形狀，可以分為顆粒填料和規(guī)整填料兩大類(lèi)。其中，顆粒填料是一粒粒的具有一定幾何形狀和尺寸的填料顆粒體，一般以散裝(亂堆)的方式堆積在塔內(nèi)。常見(jiàn)的大顆粒填料有拉西環(huán)、鮑爾環(huán)、階 梯環(huán)、弧鞍環(huán)、矩鞍環(huán)等等。填料等材質(zhì)可以使金屬、塑料、陶瓷等。規(guī)整填料是由許多具 有相同幾何形狀的填料單元組成，以整砌的方式裝填在塔內(nèi)。常見(jiàn)的規(guī)整填料有絲網(wǎng)波紋填料、孔板波紋填料等。填料的性能主要評(píng)價(jià)指標(biāo)是填料的比外表積和孔隙率。一般地希望填料能提供達(dá)的氣

4、液接觸面積和較小的流動(dòng)壓降。2 吸收速率方程式和吸收傳質(zhì)系數(shù)(1)吸收傳質(zhì)速率吸收傳質(zhì)速率由吸收速率方程式?jīng)Q定或式(1)、 (2)中Na吸收速率，mol/s ；3Kya氣相吸收傳質(zhì)系數(shù)，mol/(m h)；2A 氣液接觸傳質(zhì)面積，m ；aVp-塔頂、塔底氣象平均傳質(zhì)推動(dòng)力; 填料的比外表積，m2/m3 ；-一填料體積，m3 ；嚴(yán)格說(shuō)來(lái)，a應(yīng)為單位體積填料的有效潤(rùn)濕外表積。由于a的大小與物系對(duì)填料外表積的潤(rùn)濕性和氣液流動(dòng)狀況有關(guān)，工程上為方便起見(jiàn)，將Ky和a合并為一個(gè)常數(shù)，即Kya稱(chēng)為氣相容積吸收傳質(zhì)系數(shù)，mol/(m3h)，這樣，吸收傳質(zhì)速率式又可表為氣相平均傳質(zhì)推動(dòng)力 由吸收過(guò)程物料衡算y2

5、可得j=Z/G(a-) + 2式(5)即為吸收過(guò)程的操作方程式。由圖1可看出，吸收過(guò)程的推動(dòng)力即為吸收操作線與相平衡線之間的濃度差。圖1操作線、平衡線殛推動(dòng)力yiX2X1x431平衡線y=mx操作線 y=L/G(x-x 2)+y2對(duì)于低濃度吸收過(guò)程，氣、液相平衡關(guān)系近似為直線，即 y = mxm為相平衡常數(shù)，氣相平均傳質(zhì)推動(dòng)力可表示為其中，二和；匚分別為塔底和塔頂位置的氣相傳質(zhì)推動(dòng)力,(8)傳質(zhì)系數(shù)傳質(zhì)系數(shù)Kya是吸收過(guò)程設(shè)計(jì)的重要工藝參數(shù)。由式(3)可得(9)由于影響Kya的因素很多，通過(guò)實(shí)驗(yàn)測(cè)定 Kya，就是要找出Kya與諸多影響因素之間的 關(guān)系。根據(jù)相際傳質(zhì)理論，可將吸收傳質(zhì)過(guò)程分解為以

6、下三個(gè)步驟：a. 溶質(zhì)由氣相主體傳遞至氣液兩相界面，即氣相主體內(nèi)物質(zhì)傳遞過(guò)程；b. 溶質(zhì)在相界面上溶解，由氣相轉(zhuǎn)入液相，即發(fā)生在界面上的溶解過(guò)程；c. 溶質(zhì)自相界面?zhèn)鬟f至液相主體，即液相主體的物質(zhì)傳遞過(guò)程。界面溶解過(guò)程極易進(jìn)行，傳質(zhì)阻力極小，可認(rèn)為相界面上保持著兩相平衡關(guān)系，因此， 過(guò)程的傳質(zhì)速率實(shí)際上由氣、液兩相的傳質(zhì)速率所決定。根據(jù)雙模理論，認(rèn)為氣液界面兩側(cè)各存在一層滯止的氣膜和液膜，傳質(zhì)阻力全部集中于該兩層膜中，膜中的傳質(zhì)說(shuō)定態(tài)的分子擴(kuò)散，因此，總傳質(zhì)系數(shù)Kya可表示為1_1 十 mKvaLa月*(10)式(10)中，kya氣膜吸收傳質(zhì)系數(shù)，mol/(m3 . h);kxa液膜吸收傳質(zhì)系

7、數(shù)，mol/(m 3 . h)。一般情況下，kxa和kya僅分別受液相流量 L和氣相流量G的影響，即kya=AGm(11)kxa=BLn(12)顯然，Kya與氣體流量G、液體流量L都密切相關(guān)，其關(guān)系可由下式表示(13)yi和y，即可由式(9)這樣，只要在不同的氣、液相流量和溫度條件下通過(guò)試驗(yàn)測(cè)定出 計(jì)算出Kya。傳質(zhì)速率N可通過(guò)全塔的物料衡算求得(14)M=G(h-山)或153.吸收塔的操作和調(diào)節(jié)為實(shí)現(xiàn)某一氣體混合物別離任務(wù)，工業(yè)塔設(shè)備必須具備足夠的塔高足夠高的填料高度或足夠多的塔板數(shù)和足夠大的塔徑。另外，操作應(yīng)在正常的氣液負(fù)荷條件下進(jìn)行，通過(guò)對(duì) 吸收劑進(jìn)口條件的調(diào)節(jié)，實(shí)現(xiàn)穩(wěn)態(tài)的連續(xù)化操作。吸

8、收操作的質(zhì)量評(píng)價(jià)指標(biāo)可用回收率或氣相尾氣濃度y2來(lái)表示。對(duì)低濃度氣體吸收，回收率可近似用下式計(jì)算7 =2iZ2iXQQ%對(duì)于工業(yè)吸收過(guò)程，氣體進(jìn)口條件 流量、溫度、壓力、組成等 通常由前一工序決定， 因此只能通過(guò)改變吸收劑的進(jìn)口條件，即改變吸收劑的進(jìn)口濃度 X2、溫度t2及流量L，來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)吸收操作過(guò)程的調(diào)節(jié)。吸收劑的進(jìn)口濃度 X2、溫度t2及流量L亦稱(chēng)為吸收劑的三要素。3.1吸收劑流量對(duì)吸收結(jié)果的影響改變吸收劑用量是對(duì)吸收過(guò)程進(jìn)行調(diào)節(jié)的最常用方法。如圖2所示，當(dāng)氣體流量和濃度不變時(shí)，增大吸收劑流量，吸收速率將隨之增大，溶質(zhì)吸收量增加，氣體出口組成 y2減小，回收率增大。yi y2x2x1y原操

9、作線 y=L/G(x-x 2)+y2圖2吸收劑蠱壘増加對(duì)吸收結(jié)果的影響當(dāng)液相阻力較小時(shí)，增加液體的流量，對(duì)傳質(zhì)系數(shù)影響不大，溶質(zhì)吸收量的增加主要 當(dāng)液相阻力較小時(shí)，增加液體的流量，對(duì)傳質(zhì)系數(shù)影響不大，溶質(zhì)吸收量的增加主要由于傳 質(zhì)推動(dòng)力的增加而引起；但當(dāng)液相阻力增加時(shí)，吸收劑流量的增加將使得傳質(zhì)系數(shù)明顯增大， 從而使傳質(zhì)速率加快， 溶質(zhì)吸收量增大。因此一般情況下，增加吸收劑的用量對(duì)吸收別離總 是有利的。但使吸收劑流量增大要受到塔內(nèi)流體力學(xué)條件的制約例如壓降、液泛等，也要綜合考慮吸收液解吸操作過(guò)程的費(fèi)用。3.2吸收劑入口濃度變化對(duì)吸收結(jié)果的影響吸收劑入口濃度X2的變化主要是改變了傳質(zhì)推動(dòng)力的大小

10、。如圖3所示，X2降低，吸收塔頂部的傳質(zhì)推動(dòng)力 濃度y2的降低和回收率增大，全塔平均傳質(zhì)推動(dòng)力將隨之增大，有利于塔頂氣體出口r的提高。yiX1y=mx圖3適變化對(duì)吸收結(jié)果的影響在吸收一一解吸聯(lián)合操作過(guò)程中，X2 般有解吸操作的結(jié)果斷定。這也說(shuō)明，解吸效果的好壞直接影響吸收操作。3.3吸收劑入口溫度變化對(duì)吸收結(jié)果的影響吸收劑入口溫度對(duì)吸收過(guò)程影響甚大，也是調(diào)節(jié)和控制吸收操作的一個(gè)重要因素。參考圖4,如果吸收劑入口溫度降低，相平衡系數(shù)減小，導(dǎo)致平衡線下移，是傳質(zhì)推動(dòng)力增大，吸收過(guò)程阻力 m/kya減小，結(jié)果使吸收速率增大，y2減小，回收率提高。因此在工業(yè)生產(chǎn)中，總希望吸收操作盡可能在較低的溫度下進(jìn)

11、行。應(yīng)當(dāng)注意的是，當(dāng)氣液兩相在塔底接近平衡L/Gm， 參考圖6，提高吸收劑L用量,即增大L/G并不能使y2明顯降低，只有降低吸收劑入塔濃度 X2 是最有效的。yixy圖4吸收溫度對(duì)吸收過(guò)程的影響X；三、實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案用自來(lái)水X2=0 做吸收劑，吸收空氣混合氣中的丙酮，實(shí)驗(yàn)操作壓力為常壓。使氣液 兩相在填料塔中逆流接觸，分別改變氣液相的流量和吸收劑的溫度，測(cè)定氣相的進(jìn)出口濃度yi和y2,即可計(jì)算獲得各種條件下的傳質(zhì)系數(shù)及吸收回收率。檢測(cè)點(diǎn)及檢測(cè)儀表根據(jù)實(shí)驗(yàn)原理，欲求取傳質(zhì)吸收系數(shù)和回收率， 需測(cè)取的原始數(shù)據(jù)有： 氣體的進(jìn)出口濃 度yi和y2；氣液相流量G、L及氣體壓力P ；吸收劑進(jìn)出口溫度ti

12、和t2,此外，還有吸收 塔的直徑和填料高度用以計(jì)算填料體積 。根據(jù)以上分析設(shè)置必要的檢測(cè)點(diǎn)，并選配必要的檢測(cè)儀表。yi和y2用氣相色譜儀分析；G用氣體轉(zhuǎn)自流量計(jì)計(jì)量；L用液體轉(zhuǎn)子流量計(jì)計(jì)量，液體的進(jìn)出口溫度用熱電阻溫度計(jì)測(cè)定并以數(shù)顯儀表顯示。實(shí)驗(yàn)原始數(shù)據(jù)記錄表格式如下表1所示。表1吸收傳質(zhì)系數(shù)測(cè)定實(shí)驗(yàn)原始數(shù)據(jù)表實(shí)驗(yàn)裝置No.，填料塔直徑 mm，填料高度 mm，填料型號(hào)，氣體壓力kPaNo.L(L/h)G(L/h)ti(C)t2C)Yi丫2控制點(diǎn)及調(diào)節(jié)方法實(shí)驗(yàn)中需控制和改變的變量有：氣體壓力，氣液相流量G、L和液體的入口溫度ti,據(jù)此確定實(shí)驗(yàn)裝置的控制點(diǎn)并配置控制器件。氣體壓力采用壓力定值器調(diào)節(jié)

13、 。G、L用手動(dòng)閥門(mén)轉(zhuǎn)子流量計(jì)調(diào)節(jié)，液體溫度用電加熱器和手動(dòng)調(diào)壓器調(diào)節(jié)控制。 實(shí)驗(yàn)裝置和流程主要設(shè)備填料吸收塔，直徑 0 35mm填料：陶瓷拉西環(huán)丙酮鼓泡容器空氣壓縮機(jī)n型管，見(jiàn)圖7圖7液封裝置示意圖實(shí)驗(yàn)流程如圖8所示?？諝庥捎趧?dòng)力室空壓機(jī)提供，氣體壓力由定力壓制器調(diào)節(jié)至0. 02MPa 表壓，經(jīng)氣體轉(zhuǎn)子流量計(jì)，進(jìn)入丙酮容器，通過(guò)鼓泡，使丙酮汽化并與之形成 混合原料氣，經(jīng)填料吸收塔底部進(jìn)入塔內(nèi)與塔頂流下的液體逆流接觸，貧氣由塔頂出口排空。吸收劑為自來(lái)水，來(lái)自高位槽，經(jīng)轉(zhuǎn)子流量計(jì)計(jì)量，通過(guò)電加熱器，自吸收塔頂進(jìn)入塔內(nèi)， 吸收后的富液經(jīng)過(guò)液封裝置流入吸收液貯槽。壓力圖8吸收實(shí)驗(yàn)裝置流程圖四、實(shí)驗(yàn)要點(diǎn)(1) 實(shí)驗(yàn)操作時(shí)，先通入水，使塔內(nèi)的填料充分濕潤(rùn)。(2) 調(diào)節(jié)氣體壓力定制器，使空氣壓力恒定在0. 02MPa。(3) 空氣和水的流量調(diào)至適當(dāng)數(shù)值。(4) 在系統(tǒng)穩(wěn)定條件下，用取樣器抽取進(jìn)出口氣體試樣，用氣相色譜儀分析其濃度。 要注意，取樣時(shí)先取出口氣體，再取進(jìn)口氣體。五、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理和結(jié)果分析討論局部的要求(1) 分析并討論 L、G、ti的變化對(duì) y和F的影響。(2) 討論L、G、ti的變化引起傳質(zhì)系數(shù)、傳質(zhì)平均推動(dòng)力的變化。(3) 根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果