填料吸收塔實(shí)際操作與吸收傳質(zhì)系數(shù)測(cè)定

1、填料吸收塔實(shí)際操作與吸收傳質(zhì)系數(shù)測(cè)定吸收概述吸收概述 吸收操作是氣體混合物的重要分離方法，它是將氣體混合物與適當(dāng)?shù)囊后w接觸（氣液逆流或并流），氣體中一種或多種組分溶解于溶液中，不能溶解的組分仍留在氣相中，從而利用各組分在液體中溶解度的差異而使氣體中不同組分分離的操作?；旌蠚怏w中，能夠溶解于液體的組分稱為吸收質(zhì)或溶質(zhì)；不能溶解的組分稱為惰性氣體；吸收操作所用的溶劑稱為吸收劑；溶有溶質(zhì)的溶液稱為吸收液或簡(jiǎn)稱溶液；排出的氣體稱為吸收尾氣，其主要成分應(yīng)是惰性氣體，還含有殘余的溶質(zhì)。 分類：物理吸收和化學(xué)吸收；等溫吸收和非等溫吸收；單組分吸收和多組分吸收等。 1.制取化工產(chǎn)品；2.分離氣體混合物；3.從

2、氣體中回收有用組分；4.氣體凈化等。實(shí)驗(yàn)?zāi)康膶?shí)驗(yàn)?zāi)康?.了解填料吸收塔的結(jié)構(gòu)和流程。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。結(jié)果的影響。 3.掌握吸收總傳質(zhì)系數(shù)的測(cè)定方法。掌握吸收總傳質(zhì)系數(shù)的測(cè)定方法。實(shí)驗(yàn)基本原理實(shí)驗(yàn)基本原理1.氣液相平衡關(guān)系2.吸收速率方程式3.全塔物料衡算和操作線方程4.填料吸收塔的操作和調(diào)節(jié)1.氣液相平衡關(guān)系 大多數(shù)氣體物質(zhì)A溶解形成稀溶液時(shí)，稀溶液上方溶質(zhì)A的平衡分壓p*A與其在溶液中的摩爾分?jǐn)?shù)xA成正比： p*A=ExA 這就是亨利定律。式中E為亨利系數(shù)(kPa)。 若氣相組成也用平衡摩爾分?jǐn)?shù)y

3、*表示，則上式可寫(xiě)為： y*=ExA/p總 令m=E/p總，則y*=mxA 式中：m-相平衡常數(shù)，量綱為1。 吸收過(guò)程中，由于溶液和氣體的總量在不斷變化，使得吸收過(guò)程的計(jì)算比較復(fù)雜。為了簡(jiǎn)便起見(jiàn)，工程計(jì)算中采用在吸收過(guò)程中數(shù)量不變的氣體（如空氣）和純吸收劑為基準(zhǔn)，用物質(zhì)的量之比（也稱為比摩爾分?jǐn)?shù)）來(lái)表示氣相和液相中吸收質(zhì)A的含量，并分別用YA和XA表示。平衡時(shí)，其關(guān)系式為： 當(dāng)溶液濃度很低時(shí)，XA很小，則1+(1-m)XA1,，上式可簡(jiǎn)化為： YA*=mXA 一些氣體的平衡系數(shù)可以在化工手冊(cè)中查到。AAAXmmXY)1 (1*2.吸收速率方程式吸收傳質(zhì)速率由吸收速率方程式?jīng)Q定：NA=KyAYm

4、式中：Ky-以氣相摩爾分?jǐn)?shù)差(Y*-Y)為推動(dòng)力的氣相總 傳質(zhì)系數(shù)（kmol/m2h）; A-填料的有效接觸面積（m2）； Ym-以氣相摩爾分?jǐn)?shù)差(Y*-Y)表示的塔頂、塔 底氣相平均推動(dòng)力。而 A=V填式中：-填料的有效比表面積（m2/m3）； V填-填料層堆積體積（m3）。故有式中： -以氣相摩爾分?jǐn)?shù)差為推動(dòng)力的氣相總?cè)芊e吸收傳質(zhì)系數(shù)（kmol/m3h）。myAYVKN填, yK（1）吸收速率NA由吸收塔的物料衡算可得 式中：G-氣相流量（kmol/h）； Y1、Y2-氣相進(jìn)、出塔濃度。)(21YYGNA（2）氣相平均推動(dòng)力 可取塔底與塔頂推動(dòng)力的對(duì)數(shù)平均值，即 )ln(2121YYYYY

5、m11*111mXYYYY22*222mXYYYY（3）氣相總體積傳質(zhì)系數(shù) 由式 可得： 又根據(jù)雙膜理論，在一定的溫度下，吸收總系數(shù)可用下式表示： 式中： -氣相傳質(zhì)分系數(shù)（kmol/m3h）； -液相傳質(zhì)分系數(shù)（kmol/m3h）。 由于， 、 顯然， 與氣相流量G和液相流量L都有關(guān)，其關(guān)系可由下式表示：mayAYVKN填,mAayYVNK填,axayaykmkK,11aayAGk,baxBLk,ayK,baayLCGK,ayk,axk,3.全塔物料衡算和操作線方程 在穩(wěn)定操作條件下，惰性氣體（如空氣）和純吸收劑的量基本上沒(méi)有變化。在任一微分段中，從氣相擴(kuò)散出的吸收質(zhì)必為同微分段的液體所吸收

6、，則物料衡算式如下： 式中：G-惰性氣體流量（kmol/h）； L-吸收劑流量（kmol/h）。AAALdXdYGdN)( 對(duì)全塔進(jìn)行物料衡算，則得： 即可列出操作線方程為： 它是一條通過(guò)( ) ，( )兩點(diǎn)的直線。這條直線就是吸收的操作線。)()(2,1 ,2,1 ,AAAAXXLYYG)(2,2,AAAAXGLYXGLY1 ,1 ,AAYX2 ,2 ,AAYX4.填料吸收塔的操作和調(diào)節(jié) 吸收操作的結(jié)果最終表現(xiàn)在出口氣體的組成 上，或溶質(zhì)的吸收率上。吸收率的定義為： 由于吸收塔的氣體進(jìn)口條件（氣體中惰性氣體的流量G和吸收質(zhì)的組成 ）是由前一工序決定的，因此控制和調(diào)節(jié)吸收操作最終結(jié)果的方法，只

7、能是調(diào)節(jié)吸收劑的進(jìn)口條件，即流量L、溫度t、濃度 三個(gè)要素。%1001 ,2,1 ,AAAYYY2 , Ay1 ,AY2 , AX由吸收過(guò)程分析可知： 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，當(dāng)氣體流量G不變時(shí)，增加吸收劑流量L，操作線的斜率增加，出口氣體的組成下降，吸收率增大，溶質(zhì)吸收量增加，吸收速率增加。當(dāng)液相阻力較小時(shí)，增加液體的流量，總傳質(zhì)系數(shù)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)力的增大而引起的，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，總傳質(zhì)系數(shù)大幅度增加，而平均推動(dòng)力可能減少，但總的結(jié)果是使傳質(zhì)速率增大，溶質(zhì)吸收量增

8、大。L/Gm的大小對(duì)操作的影響 應(yīng)該注意：當(dāng)氣液兩相在塔底接近平衡（L/Gm），提高吸收劑用量，即增大L/G并不能使 明顯降低，這時(shí)只有降低吸收劑入塔濃度 才是有效的。2,AY2,AY2 , AX吸收劑進(jìn)口濃度對(duì)吸收的影響 調(diào)節(jié)吸收劑進(jìn)口濃度 是控制和調(diào)節(jié)吸收效果的又一重要手段。吸收劑進(jìn)口濃度 降低，液相進(jìn)口處的推動(dòng)力增大，全塔平均推動(dòng)力也會(huì)隨之增大，這有利于吸收過(guò)程吸收率的提高。2 ,AX2 ,AX吸收劑入口溫度對(duì)吸收的影響 吸收劑入口溫度對(duì)吸收過(guò)程影響也很大，這也是控制和調(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，平衡線下移，平均推動(dòng)力增大，使吸收效果

9、變好。最后應(yīng)注意： 以上討論是基于填料塔的填充高度一定，即針對(duì)某一特定的工程問(wèn)題進(jìn)行操作型的問(wèn)題討論。若是設(shè)計(jì)型的工程問(wèn)題，則上述結(jié)果不一定相符，需視具體問(wèn)題而定。實(shí)驗(yàn)裝置及流程 本實(shí)驗(yàn)以水為吸收劑，通過(guò)填料塔吸收分離空氣丙酮混合氣中的丙酮。實(shí)驗(yàn)裝置包括空氣輸送、丙酮汽化、吸收劑供給和供氣-液兩相逆流接觸的填料塔等部分，其流程示意圖如下所示。實(shí)驗(yàn)裝置流程示意圖流程簡(jiǎn)介： 由空氣壓縮機(jī)提供的空氣，經(jīng)壓力定值器定值為2104Pa，并經(jīng)轉(zhuǎn)子流量計(jì)計(jì)量后，進(jìn)入內(nèi)盛丙酮的丙酮汽化器，產(chǎn)生丙酮和空氣的混合氣，混合氣從輸氣管道由塔底進(jìn)入填料吸收塔，在塔內(nèi)同自塔頂噴下的水逆流接觸，被吸收掉其中大部分丙酮后，從

10、塔頂部氣體出口排出。由恒壓高位槽底部流出的吸收劑（水），經(jīng)轉(zhuǎn)子流量計(jì)計(jì)量，流經(jīng)電加熱器，由塔頂噴入吸收塔，吸收了空氣中的丙酮后，由塔底經(jīng)液封裝置排入吸收液貯罐。實(shí)驗(yàn)裝置主要尺寸：（1）填料塔：塔內(nèi)徑35mm，填料層高度240mm，填料拉西環(huán)10mm10mm1mm（2）空氣轉(zhuǎn)子流量計(jì)：型號(hào)LZB-6流量100L/h1000L/h（3）水轉(zhuǎn)子流量計(jì)：型號(hào)LZB-4流量16L/h（4）溫度指示儀：WMZ-03 050（5）氣動(dòng)定值器：QCD-100實(shí)驗(yàn)步驟（1）1、打開(kāi)氣相色譜。2、檢查丙酮汽化器中是否需要補(bǔ)充丙酮，丙酮汽化器中丙酮的液位須超過(guò)50%。3、打開(kāi)進(jìn)入高位槽的自來(lái)水龍頭，保持從高位槽溢流

11、管始終有適量水溢出。 4、關(guān)閉氣、液流量計(jì)，關(guān)閉塔底液體出口閥，關(guān)閉空壓機(jī)出口閥門(mén)。 5、啟動(dòng)空壓機(jī)（控制壓力在左右），出口壓力減至，通過(guò)儀表盤(pán)上壓力定值器控制實(shí)驗(yàn)操作壓力穩(wěn)定在。 實(shí)驗(yàn)步驟（2）6、調(diào)節(jié)空氣流量計(jì)調(diào)節(jié)流量為400L/h，液體流量為3L/h，注意穩(wěn)定塔內(nèi)壓力，空壓機(jī)壓力及保持塔底液位高度60。7、用氣相色譜分析混合氣中丙酮的進(jìn)口濃度。當(dāng)平行實(shí)驗(yàn)誤差小于5%時(shí)，即認(rèn)為實(shí)驗(yàn)條件已基本穩(wěn)定。8、在穩(wěn)定操作條件下測(cè)定氣體的進(jìn)口、出口濃度。并隨時(shí)記錄氣體、塔頂和塔底的溫度。實(shí)驗(yàn)步驟（3）9、改變吸收劑流量（分別為3、5、5L/h）和對(duì)應(yīng)的空氣流量（分別為400、400、600L/h），在

12、穩(wěn)定操作條件下分別測(cè)定氣體的進(jìn)出口濃度。10、打開(kāi)吸收劑水溫調(diào)節(jié)開(kāi)關(guān)，調(diào)節(jié)加熱電壓，使吸收劑的進(jìn)口溫度為35左右，操作穩(wěn)定后再分別測(cè)定氣體的進(jìn)出口濃度。 11、實(shí)驗(yàn)結(jié)束（注意：先停止加熱，再關(guān)壓縮機(jī)和空氣流量計(jì)閥門(mén)，然后關(guān)閉吸收劑水的流量計(jì)閥門(mén)，最后關(guān)高位槽進(jìn)水閥門(mén)），切斷電源，水箱和丙酮汽化器清空。實(shí)驗(yàn)記錄及數(shù)據(jù)處理(1)實(shí)驗(yàn)日期：原始數(shù)據(jù)記錄序號(hào)L*（L/h）G* （L/h）T進(jìn)t進(jìn)t出塔頂塔底A空A丙A空A丙134002540035600實(shí)驗(yàn)記錄及數(shù)據(jù)處理(2)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理結(jié)果序號(hào)L（Kmol/h）G（Kmol/h）Y1Y2X2(%)(kmol/m3h) 123mAY,aYK,實(shí)驗(yàn)報(bào)告要

13、求1.計(jì)算組分吸收率 ；2.計(jì)算氣相平均推動(dòng)力 ；3.計(jì)算氣相總?cè)莘e傳質(zhì)系數(shù) ；4.作 和 關(guān)系圖。mAY,aYK,LKaY,L%1001 ,2,1 ,AAAYYY)ln(2121YYYYYm11*111mXYYYY22*222mXYYYYmAayYVNK填,baayLCGK,或aYK,LLKaY,關(guān)系圖LL關(guān)系圖實(shí)驗(yàn)思考題（1） 1.從傳質(zhì)推動(dòng)力和傳質(zhì)阻力兩方面分析吸收劑流量對(duì)吸收過(guò)程的影響？ 2.填料吸收塔塔底為什么要有液封？ 液封裝置是如何設(shè)計(jì)的？ 3.增加氣體量對(duì)吸收有何影響？ 4.從實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析水吸收丙酮是氣膜控制過(guò)程還是液膜控制過(guò)程，還是兩者同時(shí)存在？ 5.請(qǐng)你設(shè)計(jì)保持吸收劑流量恒定的高位槽，并說(shuō)明其原理？ 6.為什么要測(cè)p-u的關(guān)系曲線？實(shí)驗(yàn)思考題（2） 7.哪些操作條件會(huì)影響本實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)