化工原理實驗報告-填料吸收塔傳質(zhì)系數(shù)的測定

化工原理實驗報告填料吸收塔傳質(zhì)系數(shù)的測定姓名：XXX學(xué)號：XXXXXXXXXXX學(xué)院：化學(xué)與化工學(xué)院專業(yè)：化學(xué)工程與工藝年級：20XX級實驗日期：20XX年XX月XX日實驗條件：空氣流量5.0m3/h，CO2流量3.0L/min，水流量0.40m3/h福建師范大學(xué)FujianNormalUniversity填料吸收塔傳質(zhì)系數(shù)的測定一、實驗?zāi)康?、掌握吸收總傳質(zhì)系數(shù)K&或、a的測定方法；2、了解填料吸收塔的結(jié)構(gòu)和流程，能定性分析操作條件的變化對結(jié)果的影響；3、熟悉各儀器儀表的讀數(shù)方法，了解氣相色譜儀和六通閥的使用方法。二、實驗內(nèi)容本實驗采用水吸收氣相物流中的CO2，在不同條件下，測定氣相中CO2進出口濃度，并計算溶質(zhì)的吸收率％，過程平均推動力或吸收因子，傳質(zhì)單元數(shù)》迎,液相總傳質(zhì)單元高度H°^和總傳質(zhì)系數(shù)匕°。三、實驗原理1、吸收原理（1）吸收操作吸收操作主要是利用氣體混合物的各組分在液體中的溶解性質(zhì)不同，將其與適當(dāng)?shù)囊后w接觸，混合氣中易溶的一個或幾個組分便溶于該液體內(nèi)形成溶液，而不能溶解的組分則仍留在氣相，從而實現(xiàn)氣體混合物的分離。（2）吸收操作所用的液體稱為吸收劑或溶劑（S）；混合氣中被溶解吸收的組分稱為吸收質(zhì)或溶質(zhì)（A）；不被吸收的組分稱為惰性組分或載體（B）；所得到的溶液稱為吸收液；排出氣體稱為吸收尾氣。2、吸收計算（1）吸收率虬HE=被吸收的溶質(zhì)量（kmol）=，（*-%）=]_%A吸收前氣相中的溶質(zhì)總數(shù)—，*一飛Y0、Ye——分別表示初始與吸收終了時氣體中溶質(zhì)的摩爾比；

V——惰性氣體B的流量，kmol/ho吸收率愈高表示氣體混合物的分離愈完全。(2)對數(shù)平均推動力法傳質(zhì)單元數(shù)的表達式中Y*或X*是液相或氣相的平衡組成，需要用相平衡關(guān)系確定，CO2在水中的溶解平衡可視為直線，因此本實驗傳質(zhì)單元數(shù)的求解可用對數(shù)平均推動力法或吸收因數(shù)法。以下標(biāo)“1”表示塔底截面，下標(biāo)“2”表示塔頂截面，對數(shù)平均推動力法相關(guān)公式如下：N==OL^Xm式中AXm為過程平均推動力，即_XX1-XX2_(Xj-X1)-(X項-x2)m~^X2Y1Y1-mX2*川11Nol=1-^ln[(1-⑴Y-mx1其中A=L/mV,稱為吸收因子，A愈大愈容易吸收。填料層高度H=HolNol,因此液相總傳質(zhì)單元高度Hol=H/NOLo由Hol=工Kxa可得總傳質(zhì)系數(shù)，式中Q為塔截面積(m2),L為吸收劑流量(kmol/h)o四、實驗裝置1、裝置流程本裝置流程如圖1所示。由水泵將水送入填料塔頂經(jīng)噴頭噴淋下來流經(jīng)填料層。由風(fēng)機將空氣和由鋼瓶來的CO2一起送入氣體混合罐，經(jīng)填料塔底與水在塔內(nèi)進行逆流接觸，進行質(zhì)量和熱量的交換，由塔頂出來的尾氣放空，塔底出來的吸收液經(jīng)下水道排出。由于本實驗為低濃度氣體的吸收，所以熱量交換可略，整個實驗過程可視為等溫操作。2、主要設(shè)備參數(shù)

表1主要設(shè)備的相關(guān)參數(shù)填料塔主要參數(shù)填料塔內(nèi)徑/mm填料層高度/mm1002000氣相色譜儀主要參數(shù)載氣He檢測器類型TCD柱前壓0.25氣相色譜儀溫控面板設(shè)置檢測器溫度DT/°C130進樣器溫度IJ/C130柱箱溫度OV/C150橋電流CU/mA150衰減001圖1萃取塔實驗裝置流程簡圖1—液體出口閥2；2—風(fēng)機；3—液體出口閥1；4—氣體出口閥；5—出塔氣體取樣口；6-U型壓差計；7—填料層；8一塔頂預(yù)分布器；9—進塔氣體取樣口；10—玻璃轉(zhuǎn)子流量計（0.4~4m3?h-1）；11—混合氣體進口閥1；12—混合氣體進口閥2；13—孔板流量計；14—渦輪流量計；15—水箱；16—水泵五、實驗內(nèi)容1、訓(xùn)練儀表讀數(shù)方法，記錄所以出現(xiàn)的儀表讀數(shù)。2、本實驗采用清水吸收氣相物流中的CO2，請分別在下列條件下，測定氣相中的進出口濃度，計算溶質(zhì)的吸收率￡3。操作條件：空氣流量5.0m3/h，CO2流量3.0L/min，水流量0.40m3/h3、實驗步驟（1）檢查吸收裝置的氣路和水路源頭：水箱和混合罐（排冷凝水）。（2）打開面板總電源、儀表電源開關(guān)，進行儀表自檢，按照實驗內(nèi)容設(shè)定水流量和空氣流量。儀表的設(shè)定方法：儀表面板功能鍵（調(diào)至流量設(shè)定界面）長按左移鍵由手動M變?yōu)樽詣尤胗蒙舷骆I增加或減少設(shè)定值最后按確定鍵。（3）開啟水泵（打到自動），讓水進入填料塔潤濕填料。（4）啟動風(fēng)機（打到自動）。（5）打開CO2鋼瓶總閥，并緩慢調(diào)節(jié)鋼瓶的減壓閥（約0.1MPa即可，太大易使系統(tǒng)內(nèi)部憋壓，剛開始可能管路內(nèi)部憋了一些氣體，顯示的壓力比較高，隨著實驗進行，氣體流完，減壓閥的壓力會降低，要再調(diào)至0.1MPa，請時刻保持各表讀數(shù)正確），調(diào)節(jié)CO2轉(zhuǎn)子流量計的流量，使其穩(wěn)定在要求的設(shè)定值。（6）等待色譜恒溫后，設(shè)定橋電流，確認通電（輕微的噠啦聲）。各項儀器參數(shù)已調(diào)至最佳。（7）開電腦桌面上的N2000在線工作站，選擇”通道1“，點擊”采集數(shù)據(jù)“按鈕看基線，待無毛刺、基線穩(wěn)定以后，將基線調(diào)至約0.5mV。（先粗調(diào)，后細調(diào)）。（8）氣相色譜準(zhǔn)備就緒后即可開始在線取樣測試，分析出塔頂、塔底氣體組成。取樣依靠氣相色譜儀左側(cè)的六通閥，將六通閥撥向”取樣“位置，取樣時間1?3min，然后將六通閥撥向”進樣“位置，同時按下數(shù)據(jù)采集手柄通道A的黑色按鈕，等待出峰，約5?10min,共兩個峰，第一個峰大約在1min左右，第二個峰大約在4min左右。（9）色譜曲線的定量分析可用T2100的再處理軟件。（10）實驗完畢，教師認可后，按順序關(guān)閉CO2鋼瓶總閥和減壓閥，CO2轉(zhuǎn)子流量計，停水泵、風(fēng)機，關(guān)閉儀表電源、裝置總電源，關(guān)閉進水閥門，清理實驗儀器和實驗場地，恢復(fù)原狀，保持清潔。先停水再停氣的順序可防止液體從進氣口倒壓破壞管路及儀器。六、實驗注意事項1、進水閥打開，按下浮頭看是否順利出水，如果發(fā)現(xiàn)實驗當(dāng)天水流量過小，可從洗手池水龍頭引水至水箱，時刻注意水箱液位既不要低于泵入口，也不要溢出水箱。2、實驗過程中改變參數(shù)會有滯后，請耐心等待，慢慢增減流量。3、注意塔底液封控制：仔細調(diào)節(jié)液體出口閥的開度，使塔底液位緩慢地在一段區(qū)間內(nèi)變化，以免塔底液封過高溢滿或過低而泄氣。4、待塔操作穩(wěn)定后，讀取各流量計的讀數(shù)及通過溫度計、壓差計、壓力表讀取各溫度、塔頂塔底壓差讀數(shù)。在填料塔操作條件改變后，需要有較長的穩(wěn)定時間，一定要等到穩(wěn)定以后方能讀取有關(guān)數(shù)據(jù)。如何看穩(wěn)定：第一，面板各參數(shù)應(yīng)不變，液封位置應(yīng)穩(wěn)定；第二，每隔10min色譜進樣一次，若再處理中面積百分比變化不超過2%即認為穩(wěn)定。5、數(shù)據(jù)處理時，使用外標(biāo)法，認為入口濃度為已知，其原理簡單說即響應(yīng)因子f=x已知/Area已知，x未知=fxArea未知。由于CO2在水中的溶解度很小，因此，在分析組成時一定要仔細認真，這是做好本實驗的關(guān)鍵.七、實驗數(shù)據(jù)及數(shù)據(jù)處理1、主要參數(shù)表1填料吸收塔傳質(zhì)系數(shù)的測定數(shù)據(jù)記錄液相溫度：18.9C，氣相溫度27.9C項目及單位數(shù)值液體流量（m3/h）0.40氣體流量m3/h5.0CO2轉(zhuǎn)子流量計示數(shù)（L/mS）3.0塔頂塔底壓差（Pa）55mmH2O入口二氧化碳峰面積（）266027(2.61654%)出口二氧化碳峰面積（）246645(2.39188%)2、數(shù)據(jù)處理過程:（1）吸收率的計算丫=可。2）=，（％2）=Q（C02）0_九（混合氣）—，（混合氣）—Q（混合氣）3L/minX0.06+5.0m3/hX0.0003.__八八八二=0.04544m3/hX0.9997AXmXMX22.4刀X，Af(%2)=^=九=刀：Xm：XM：X22.4=刀：Xf=苛X*9975535…、-X0.0454=1.70

266027Y=f(CO)X豐=1.70XJ4?64：=0.0417。八2，不10065109SE=1-^L=1-黑4；7=0.0815^F0.0454（2）由于此吸收過程為液膜控制，所以溫度取18.9°C。用插值法得：E=1.396X105*Fq=27.69moZ/(h?m2)G=xI標(biāo)準(zhǔn)X°操作/凸2）22.4I操作°標(biāo)準(zhǔn)/七4^

5.0+=27.69moZ/(h?m2)=(…X—)/0.00785v22.4273+17.4〃=27.69moZ/(h?m2)0.40X0.40X1000/-——18/0.00785=2830.86mol/(h-m2)X]=G/Lx(Yi-Y2)=27.69/2830.86X(0.0454-0.0417)=3.62X10-5/1.396X105m=E/P==1.38X103/101.325N=1/[(1-X)J-吃2+x]N=1/[(1-X)J-吃2+x]0LT-一叫0.04541?___ln[(1-0.074)X八……__“+0.074]1—0.074K)0.0454-0.074X3.62X10-5J=5.9011X10-5H,=亡=—=33891.99mol%5.9011X10-5KXa=L/Hql=2830.86/33891.99=0.084kmoZ/(h?m2)（3）計算及實驗結(jié)果列于下表表2計算及實驗結(jié)果匯總表項目及單位數(shù)值—入口濃度*（%）0.0454出口濃度匕（%）0.0417吸收率易0.0815H吸收因子a0.074傳質(zhì)單元數(shù)N。，（m）5.9011X10-5傳質(zhì)單元高度H〃（m）33891.99總傳質(zhì)系數(shù)KXa/kmol/（h?m2）0.084（4）原始數(shù)據(jù)記錄（見附件）七、實驗結(jié)果與討論1、實驗結(jié)論（1）在應(yīng)用氣相色譜儀進行取樣測試的時候，沒有操作好，就將其測試平臺關(guān)閉，導(dǎo)致為后面重新操作的時候無法產(chǎn)生兩個峰，第一個在1min左右的CO2峰只出現(xiàn)半個，第二個峰面積、峰高度也同其他組數(shù)據(jù)相差甚多，造成了麻煩。整個實驗過程中，CO2基本沒有進入填料塔進行填料吸收。（2）操作過程掌握的還不夠熟練，導(dǎo)致操作效率低下，這點需要重點注意。（3）進樣測試沒有預(yù)期效果的好，這也是檢驗操作的好不好的一個重點，今后實驗操作一定要很熟悉。2、實驗規(guī)律在液相流量和CO2流量不變時，若Q氣＜QCO2時，溶質(zhì)的吸收率隨氣相流量的增大而增大；若兩者相等時，溶質(zhì)的吸收率達到最大；若Q氣＞QCO2時，溶質(zhì)的吸收率隨氣相流量的增大而減小。八、思考題1、測定Kxa有什么工程意義？答：可以通過流體力學(xué)性能來判斷填料塔的一系列的性能,比如說壓降等。2、為什么二氧化碳吸收過程屬于液膜控制？答：易溶氣體的吸收過程是氣膜控制，如HCl，NH3，吸收時的阻力主要在氣相，反之對于CO2等難溶物質(zhì)，傳質(zhì)阻力主要在液相的就屬于液膜控制。3、當(dāng)氣體溫度和液體溫度不同時，應(yīng)用什么溫度計算？答：液體溫度，因為亨利定律一般適應(yīng)于稀溶液，如難溶氣體的溶解，這種溶解的傳質(zhì)過程屬于液膜控制血值大），液體的影響比較大，故選擇液體溫度。4、從傳質(zhì)推動力和傳質(zhì)阻力兩方面分析吸收劑流量和溫度對吸收過程的影響。答：當(dāng)液相阻力較小時，增加液體流量，總傳質(zhì)系數(shù)基本不變，溶質(zhì)吸收量的增加主要是由于傳質(zhì)平均推動力增大引起的；當(dāng)液相阻力較大時，增加液體流量，總傳質(zhì)系