实验九 填料塔吸收实验

实验九 填料塔吸收实验

一、实验目的

1、了解填料吸收塔的结构和基本流程 2、熟悉填料吸收塔的操作

3、观察填料吸收塔的流体力学行为并测定在干、湿填料状态下填料层压降与空塔气速的关系

4、测定总传质系数Kya，并了解其影响因素

二、基本原理

气体吸收是常见的传质过程，它是利用液体吸收剂选择性吸收气体混合物中某种组分，从而使该组分从混合气体中得以分离的一种操作。

对稳定的低浓度物理吸收过程，根据吸收过程的物料衡算及传质速率方程有：

V（Y1-Y2）=K?yaΩ·Z·△Ym 故

K?ya?V(Y1?Y2)

??Z??Ym式中：V，通过吸收塔的惰性气体量即空气的摩尔流量，kmol/h

Y1、Y2，气相入口、出口溶质摩尔比，kmol溶质/kmol惰性气体 Ω，塔的有效吸收面积即塔的截面积，m Z ，填料层高度，m

2?Ym，对数平均推动力

可见，通过测定操作过程吸收系统的V、Y1、Y2、Ω、Z及△Ym，即可计算出

K?ya值。

（1）空气流量V的测定

空气流量按下式计算即可：

Qoair?C?Qoair?ToPOPP1?TT1air 及 V?1Qoair 22.43

式中：To、Po、Qo，空气在标准状态下的温度、压力、流量，K、Pa、m/h

T、P、Qair，转子流量计标定状态下空气的温度、压力、流量，单位同上

T1、P1，空气进入转子流量计前的温度、压力，K、Pa

C，转子流量计系数，本实验为1.00 V，空气的摩尔流量，Kmol/h

（2）溶质（气体）入塔浓度Y1的测定

Y1?P丙酮Pair

或 Y1?P丙酮PT?P丙酮

kmolNH3/kmol air

式中：PT ，入塔前混合气体总压（Pa），本装置可设定在0.02MPa（表压）左右

P丙酮，入塔温度t 下丙酮分压，可近似认为丙酮在t温度下达到饱和，其饱和蒸汽

压服从Antoine方程：InP丙酮=A- B/(C+1)，式中P丙酮 、t单位分别为mmHg及C ，常数A、B、C分别为16.6513、2940.46和237.22。

0

此外，亦可由气相色谱法进行定量分析。 （3）尾气出塔浓度Y2测定

Y2由气相色谱仪测定。 Y2吸收剂出口溶质浓度X1

X1?V?Y1?Y2??X2 kmol溶质/kmolH2O

L式中：L，吸收剂（清水）用量，Kmol/h

X2，吸收剂（清水）中溶质浓度（单位同前），本实验中X2=0 。

（4）平衡常数m、平衡浓度Y*、对数平均推动力?Ym的计算

Y??mX 1??1?m?Xm丙酮E丙酮丙酮2

及 E=2.20+0.015+0.0001t(atm) ?PT?Ym?Y1?Y1????Y2?Y2?? ??Y?Y?ln?Y?Y?12?1?2

三、实验装置

2丙酮1瓷环87653

四、操作步骤

(1)检查水槽液位是否足够，需要时应为水槽加水。

(2)检查汽发器内液位是否在要求的范围内，必要时应为汽化器加丙酮。 (3)启动空气压缩机，待空压机出口压力达到额定压力后（会自动停机），缓慢打开气体流量计阀门进气，进口压力控制在0.006MPa，流量控制在0.04～0.08m3/h之间；

(4)灌泵后打开电源开关，启动泵。

(5)在L=0及L为某一定值时，改变V，分别测定在两种情况下的填料层压降与空塔气速的关系数据。注意观察当L一定时，随着V的改变，填料塔内流体流动现象。若还未看见液泛现象则可同时加大L。

(6)打开吸收塔的水进口阀进水，严格控制料液的流量在35～45L/h范围。 (7)打开丙酮加热开关，打开进气温度控制仪表，将进气温度设定为50～55℃。

(8)待操作稳定以后，从塔顶、塔底取样口同时取样分析。 (9)增加气相流量，重复操作7以取得另外一组数据。

(10)如果分析结果证明，增加气相流量后，塔顶出口气相与塔底出口液相中溶质含量上升，说明实验结果基本合理，吸收实验则已完成。

(11)关闭进口液相的控制阀终止加料，关闭离心泵电源，关闭进气温度控制器停止加热，待塔内液相全部流完以后再关闭气相进口阀。

(12)遇紧急情况需直接断电源，但断电后必须把所有的开关和阀都关上。

五、数据记录及整理要求

(1)按照相应实际内容，列出原始数据记录表格； (2)作出L=0时的△P—U空曲线；

(3)作出L≠0时的△P—U空曲线，并找出泛点气速； (4)计算不同操作条件的Kya；

(5)从以上实验数据及计算结果，归纳总结本实验的主要结论，并讨论分析影响实验结果的主要因素。

思考题

1.L=0时，△P—U空曲线与L≠0时的△P—U空曲线有什么不同之处？ 2.哪些因素会影响吸收系数KYa， 如何影响？

3.对于一个既定的吸收塔，可否允许在小于最小液汽比的情况下操作？

4.填料吸收塔为什么必须有液封装置，液封装置是如何设计的？ 5.在吸收塔中有哪些因素可以改动？ 6.本吸收过程是气膜控制还是液膜控制？

6.当吸收塔排出的吸收液全部或部分循环使用，会对吸收操作有什么影响？

7.吸收实验开始前为什么要测定干塔及一定喷淋量L下，填料层压降与空塔气速△P—U空 的关系？对于L≠0时，填料层的压降?P主要来源于哪几个方面？ 8.本实验所测定的为总吸收系数KYa ，此时各分系数分别为多少？ 9.在测定相平衡常数时，为何要测定吸收液温度而不测入塔气相温度？

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