实验十三吸收塔的操作及吸收传质系数的测定 - 图文

实验十二 填料吸收塔的操作及吸收传质系数的测定

一、实验目的

1、了解填料吸收塔的结构和流程。

2、了解吸收剂进口条件的变化对吸收操作结果的影响。 3、掌握吸收总体积传质系数Kya和Kxa的测定方法。

二、基本原理

1、测气相总体积传质系数的原理

气相总体积传质系数由填料层高度公式决定

Z?Y?YV?12 KYa??Ym（12-1） Y

Y1

操作线Y?(Y1?Y1*)?(Y2?Y2*) (12-2) ?Ym?(Y1?Y1*)ln(Y2?Y2*)式中Ky气相总传质系数，mol/m·h；

2

L(X?X2)?Y2 G平衡线Y=mX

Y2

X2

X1

X

?Ym塔顶、塔底气相平均推动力；

图12-1 吸收操作线和平衡线

a填料的有效比表面积，m2/m3；

h。 Kya气相总体积吸收传质系数，mol/m3·

（1）Z――填料层高度m，根据所装填料的高度直接测量。

（2）Ω――塔截面积m2，

???4D2，而D塔径为已知。

（3）V――情性气体摩尔流量（空气）mol/ h，根据理想气体状态方程可知：

V?pqvRT，p――压力Pa，压力表测量空气压力；qv――体积流量m3/h，转子流量计

测量（注意读数为实验条件20℃、1atm下的，可直接利用公式进行计算，如果用操作条件

(?f??')?0qv'?则需要进行换算，其依据为）；T――空气温度K，温度计测量。 qv(?f??0)?'Y1?（4）Y1――

y11?y1，稳定操作后（各仪表读数恒定5min）测量气体进口浓度（丙酮y21?y2，稳定操作后（各仪表读数恒定5min）测量气体出口浓度（丙酮

的摩尔分率），取样后采用气相色谱仪分析，测得的是丙酮的质量分率。

Y2?（5）Y2――

的摩尔分率），取样后采用气相色谱仪分析，测得的是丙酮的质量分率。 （6）气相平均推动力?Ym

将吸收操作线和平衡线在坐标纸上作图，如图12-1所示在平衡线为直线或近似为直线时，操作线与平衡线之间的垂直距离即为塔顶与塔底气相推动力。 （7）X2=0（吸收剂中不含丙酮，为清水）。

（8）Y*2＝mX2，m――相平衡常数，m=E/p，E――亨利常数，在一定温度下查表可得丙酮在水中的E；p――系统操作压力。（可直接查找附录后面的m表） （9）Y1*=mX1，X1—全塔物料衡算可得：V(Y1 –Y2 ) = L (X1 –X2)，

而L――吸收剂水的摩尔流量mol/ h，L=qvρ/M， qv----转子流量计测量水的体积流量。

2、吸收塔的操作和调节

吸收操作的结果最终表现在出口气体的组成y2上，或组成的回收率?上。回收率?的定义为

??Y1?Y2Y?1?2 Y1Y1（12-3）

吸收塔的气体进口条件是由前一工序决定的，控制和调节吸收操作结果的是吸收剂的进口

条件：流率L、温度t、浓度x2三个要素。

（1）流量 改变吸收剂水的用量是对吸收过程进行调节的最常用的方法，改变的是操作线。当V值一定的情况下，吸收剂用量增大，液气比增大，操作线远离平衡线，吸收过程的推动力增大，吸收速率提高，回收率增大，出口气体组成y2 减小。

（2）吸收剂入口温度 当温度改变时，不影响吸收操作线，影响的是平衡线。降低吸收剂的温度，使气体溶解度增大，相平衡常数减小，从而平衡线下移，操作线与平衡线之间距离增大，推动力增大，吸收效果好，尾气浓度y2降低。

（3）吸收剂进口浓度 降低x2，液相进口处的推动力增大，全塔平均推动力也增大，从而有利于吸收过程回收率的提高，降低尾气浓度y2。

三、实验装置和流程

1、设备主要尺寸 （1）填料吸收塔

塔径 直径×厚度（mm） φ41×3 （2）恒压槽

塔身高度 （mm） 500 填料名称 瓷质拉西环 填料层高度 （mm） 400 填料尺寸 （mm） 6×6×1 尺寸（mm） φ300×410 吸液管在槽中插入深度（mm） 370 2、装置及流程

实验装置包括空气输送，丙酮汽化，气体混和以及吸收剂供给和气液两相在填料塔中逆流接触等部分，其流程示意图12-2所示。

（1）空气压缩机 （2）压力表 （3）空气压缩机旁路阀 （4）空气压力调节阀 （5）液体恒压槽 （6）气动压力定值器 （7）压力表 （8）空气流量计 （9）丙酮汽化器 （10）空气加热器 （11）丙酮蒸汽——空气混合器 （12）水预热器 （13）填料吸收塔 （14）转子流量计 （15）液封

T1、T2、T3、T4温度计（T1—空气进口或预热温度；T2—空气丙酮汽化温度；T3—

水进口温度；T4—溶液出口温度）

V4、V6、V10流量调节阀

V3、V5、V7、V8、V9、V11启闭阀 A1、A2气体进出口取样口

由空压机的空气经过预热后进入装有丙酮的丙酮汽化器，产生丙酮空气混和气体，从输气管道由吸收塔的底部进入，在填料塔内与水逆流接触，被吸收掉大部分丙酮后，从塔顶排出。

由恒压液位槽5流出的吸收剂（水），经转子流量计14计量，并预热到一定温度后由塔顶喷入吸收塔，与上升的气体逆流接触，最后经液封装置15排入吸收液贮槽。

说明：(1)空气输送――压缩机，吸收操作在加压下有利，溶解度增大。(2)丙酮汽化――当气温比较低时，丙酮汽化有困难，则需要将空气加热，从而汽化丙酮。(3)液封――吸收塔底部的排液管成U形，目的是起液封作用，以防止气体倒灌。（4）填料塔――其结构有壳体、填料（关键部件）、液体分布装置、液体再分布装置（塔比较高时有，改善壁流效应）、填料支承栅板。

四、实验操作步骤及实验内容

1、操作方法

（1）将液体丙酮用漏斗加入到丙酮气化器，液位高度约为液位计高度的2/3以上。 （2）关闭阀V3向恒压槽送水以槽内水装满而不溢出为度，关闭阀门V5。

（3）启动空气压缩机，调节压缩机使空气包内的气体达到0.05～0.1Mpa时，打开V2，然后调节气动压力定值器，使进入系统的压力恒定在0.03Mpa。 （4）打开V4，调节空气流量（建议为400～500L/h）

打开V6，调节吸收剂流量（建议为2、3、5、7这几点） （5）室温大于15℃时，空气不需要加热，配制混合气气相组成y1在12%～14%（mol%）左右；如若室内温度偏低，可预热空气，使y1达到要求。

（6）要改变吸收剂温度来研究其对吸收过程的影响，则打开液体加热电子调节器，温度t3＜35℃。

（7）各仪表读数恒定5min以后，即可记录或取样分析有关数据，再按预先设计的实验方案调节有关参数。

（8）A1为取样测y1，A2为取样测y2。

（9）阀V10为控制塔底液面高度，以保证有液封。

（10）以上操作方法，均以被吸收组分例如：丙酮在常温、常压下为液体而设计。若被吸收组分在常温常压下为气体时，可以本设备的基础上增设一条被吸收组分的管路及计量装置，与汽化器的加料口连接，将汽化器作为缓冲装置使用，仍可完成正常的操作。 2、实验内容

（1）采且丙酮、空气-水吸收系统，配制10～15%（mol%）的丙酮～空气混合气体，水为吸收剂，气液两相在填料吸收塔内作逆流接触。

（2）改变吸收剂流率L，在稳定操作条件下测定气体进出口浓度y1、y2，计算组分回收率?和吸收传质系数Kya和Kxa。

（3）改变吸收剂的进口温度，稳定操作后测定气体进出口浓度y1、y2计算组分回收率?和

吸收传质系数Kya和Kxa。

五、数据记录表

序号 1 2 3 T1/℃ T2/℃ T3/℃ T4/℃ qv/L/h, 20℃,1atm qv/L/h,20℃ ym1 ym2 p/MPa 六、数据处理示例与处理表

序号 V/mol/h L/mol/h 1 2 3 Y1 Y2 m X1 △Ym η KYa 七、思考题

1、分析吸收剂流量和吸收剂温度对吸收过程的影响？

2、从水进出口温度实验数据分析水吸收丙酮属于哪种吸收？水用量增加后溶液出口温度如何变化？为什么？

3、填料吸收塔塔底为什么必须有液封装置，液封装置是如何设计的？

附图：丙酮在水（水溶液）中的溶解曲线

附表一：丙酮——空气混合气体中丙酮的饱和浓度数据 在1.23atm条件丙酮在空气中的饱和浓度与温度的关系： 空气温度 t℃ 丙酮饱和浓度 y%（mol） 0 8.5 10 11.4 15 14.6 20 17.9 25 24.4 30 30.9 35 38.2 40 46.3 *附表二：丙酮、空气混合气体中丙酮的极限浓度y1与空气温度t的关系（压强为1.2×

105Pa） 空气温度℃ *%（mol） y10 8.5 10 11.4 15 14.6 20 17.9 25 24.4 30 30.9 35 38.2 40 46.3 附表三：丙酮的平衡溶解度 液相浓度 x 0.01 0.02 0.03 0.04 0.05 0.06 0.07 0.08 0.09 0.10 平衡分压kPa 10℃ 0.906 1.799 2.692 3.466 5.185 4.745 5.318 5.771 6.297 6.744 20℃ 1.599 3.066 4.479 5.705 6.838 7.757 8.664 9.431 10.197 10.980 30℃ 2.706 4.998 7.131 8.997 10.796 12.263 13.596 14.928 16.128 17.061 40℃ 4.399 7.971 11.063 18.862 16.528 18.794 20.926 22.793 24.525 26.258 50℃ 7.704 12.129 16.528 20.660 24.525 27.724 30.923 33.722 36.255 38.654 据上表数据可拟合得到如下算式：

P*?(?0.43448?144.222x?471.8518x2)(4.50047?0.455t?1.5962?10?3t2?5.5338?10?4t3)e(?0.14621?1.7664x)

上式的标准误差为9.03%。

考虑到气体吸收计算采用y?mx的关系式，在液相浓度较低时，可得到如下数据： 液相浓度 x 0.01 平衡常数m 10℃ 0.894 20℃ 1.58 30℃ 2.67 40℃ 4.34 50℃ 6.81 *0.02 0.03 0.04 0.888 0.886 0.855 1.51 1.47 1.41 2.47 2.35 2.22 3.93 3.64 3.42 5.98 5.44 5.11 从上列数据中看出，平衡常数m随温度的变化较大，随组成的变化较小。可认为在浓度很低时，m仅为温度的函数，服从享利定律。

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