填料吸收塔的操作及吸收傳質(zhì)系數(shù)的測定

1、填料吸收塔的操作填料吸收塔的操作及及吸收傳質(zhì)系數(shù)的測定吸收傳質(zhì)系數(shù)的測定吸收概述吸收概述n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?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)。n分類：物理吸收和化學吸收；等溫吸收和非等溫吸收；單組分吸收和多組分吸收等。n應(yīng)用：1

2、.制取化工產(chǎn)品；2.分離氣體混合物；3.從氣體中回收有用組分；4.氣體凈化等。實驗?zāi)康膶嶒災(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.了解吸收劑進口條件的變化對吸收了解吸收劑進口條件的變化對吸收操作結(jié)果的影響。操作結(jié)果的影響。 3.掌握吸收總傳質(zhì)系數(shù)的測定方法。掌握吸收總傳質(zhì)系數(shù)的測定方法。實驗基本原理實驗基本原理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，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數(shù)xA成正比： p*A=ExA 這就是亨利定律。式中E為亨利系數(shù)

3、(kPa)。 若氣相組成也用平衡摩爾分數(shù)y*表示，則上式可寫為： 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。 吸收過程中，由于溶液和氣體的總量在不斷變化，使得吸收過程的計算比較復(fù)雜。為了簡便起見，工程計算中采用在吸收過程中數(shù)量不變的氣體（如空氣）和純吸收劑為基準，用物質(zhì)的量之比（也稱為比摩爾分數(shù)）來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，其關(guān)系式為： 當溶液濃度很低時，XA很小，則1+(1-m)XA1,，上式可簡化為： YA*=mXA 一些氣體的平衡系數(shù)可以在化工手冊中查到。AAAXmmXY)1 (1*2.吸收速率方程式吸收傳質(zhì)

4、速率由吸收速率方程式?jīng)Q定：NA=KyAYm式中：Ky-以氣相摩爾分數(shù)差(Y*-Y)為推動力的氣相總 傳質(zhì)系數(shù)（kmol/m2h）; A-填料的有效接觸面積（m2）； Ym-以氣相摩爾分數(shù)差(Y*-Y)表示的塔頂、塔 底氣相平均推動力。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： -以氣相摩爾分數(shù)差為推動力的氣相總?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、出塔濃度。)(21YYGNA（2）氣相平均推動力 可取塔底與塔頂推動力的

5、對數(shù)平均值，即 )ln(2121YYYYYm11*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有變化。在任一微分段中，從

6、氣相擴散出的吸收質(zhì)必為同微分段的液體所吸收，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)( 對全塔進行物料衡算，則得： 即可列出操作線方程為： 它是一條通過( ) ，( )兩點的直線。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

7、，因此控制和調(diào)節(jié)吸收操作最終結(jié)果的方法，只能是調(diào)節(jié)吸收劑的進口條件，即流量L、溫度t、濃度 三個要素。%1001 ,2,1 ,AAAYYY2 , Ay1 ,AY2 , AX由吸收過程分析可知： 改變吸收劑用量是對吸收過程進行調(diào)節(jié)的最常用方法，當氣體流量G不變時，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。當液相阻力較小時，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)平均推動力的增大而引起的，即此時吸收過程的調(diào)節(jié)主要靠傳質(zhì)推動力的變化。當液相阻力較大時，增加液體的流量，總傳質(zhì)系數(shù)大幅度增加，而平均推動力可能減少

8、，但總的結(jié)果是使傳質(zhì)速率增大，溶質(zhì)吸收量增大。L/Gm的大小對操作的影響 應(yīng)該注意：當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，這時只有降低吸收劑入塔濃度 才是有效的。2,AY2,AY2 , AX吸收劑進口濃度對吸收的影響 調(diào)節(jié)吸收劑進口濃度 是控制和調(diào)節(jié)吸收效果的又一重要手段。吸收劑進口濃度 降低，液相進口處的推動力增大，全塔平均推動力也會隨之增大，這有利于吸收過程吸收率的提高。2 ,AX2 ,AX吸收劑入口溫度對吸收的影響 吸收劑入口溫度對吸收過程影響也很大，這也是控制和調(diào)節(jié)吸收操作的一個重要因素。降低吸收劑的溫度，使氣體的溶解度增大，相平衡常數(shù)減

9、小，平衡線下移，平均推動力增大，使吸收效果變好。最后應(yīng)注意： 以上討論是基于填料塔的填充高度一定，即針對某一特定的工程問題進行操作型的問題討論。若是設(shè)計型的工程問題，則上述結(jié)果不一定相符，需視具體問題而定。實驗裝置及流程 本實驗以水為吸收劑，通過填料塔吸收分離空氣丙酮混合氣中的丙酮。實驗裝置包括空氣輸送、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。實驗裝置流程示意圖流程簡介： 由空氣壓縮機1提供的空氣，經(jīng)壓力定值器2定值為2104Pa，并經(jīng)轉(zhuǎn)子流量計4計量后，進入內(nèi)盛丙酮的丙酮汽化器5，產(chǎn)生丙酮和空氣的混合氣，混合氣從輸氣管道由塔底進入填料吸收塔7，在塔內(nèi)同

10、自塔頂噴下的水逆流接觸，被吸收掉其中大部分丙酮后，從塔頂部氣體出口9排出。由恒壓高位槽13底部流出的吸收劑（水），經(jīng)轉(zhuǎn)子流量計15計量，流經(jīng)電加熱器16，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11排入吸收液貯罐。實驗裝置主要尺寸：n（1）填料塔：塔內(nèi)徑35mm，填料層高度240mm，填料拉西環(huán)10mm10mm1mmn（2）空氣轉(zhuǎn)子流量計：型號LZB-6流量100L/h1000L/hn（3）水轉(zhuǎn)子流量計：型號LZB-4流量1.6L/h16L/hn（4）溫度指示儀：WMZ-03 050n（5）氣動定值器：QCD-100實驗步驟（1）n1、打開氣相色譜。n2、檢查丙酮汽化器中是否需

11、要補充丙酮，丙酮汽化器中丙酮的液位須超過50%。n3、打開進入高位槽的自來水龍頭，保持從高位槽溢流管始終有適量水溢出。 n4、關(guān)閉氣、液流量計，關(guān)閉塔底液體出口閥，關(guān)閉空壓機出口閥門。 n5、啟動空壓機（控制壓力在0.5Mpa左右），出口壓力減至0.05Mpa，通過儀表盤上壓力定值器控制實驗操作壓力穩(wěn)定在0.02Mpa。 實驗步驟（2）n6、調(diào)節(jié)空氣流量計調(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，空壓機壓力及保持塔底液位高度60。n7、用氣相色譜分析混合氣中丙酮的進口濃度。當平行實驗誤差小于5%時，即認為實驗條件已基本穩(wěn)定。n8、在穩(wěn)定操作條件下測定氣體的進口、出口濃度。并

12、隨時記錄氣體、塔頂和塔底的溫度。實驗步驟（3）n9、改變吸收劑流量（分別為3、5、5L/h）和對應(yīng)的空氣流量（分別為400、400、600L/h），在穩(wěn)定操作條件下分別測定氣體的進出口濃度。n10、打開吸收劑水溫調(diào)節(jié)開關(guān)，調(diào)節(jié)加熱電壓，使吸收劑的進口溫度為35左右，操作穩(wěn)定后再分別測定氣體的進出口濃度。 n11、實驗結(jié)束（注意：先停止加熱，再關(guān)壓縮機和空氣流量計閥門，然后關(guān)閉吸收劑水的流量計閥門，最后關(guān)高位槽進水閥門），切斷電源，水箱和丙酮汽化器清空。實驗記錄及數(shù)據(jù)處理(1)實驗日期：原始數(shù)據(jù)記錄序號L*（L/h）G* （L/h）T進t進t出塔頂塔底A空A丙A空A丙13400254003560

13、0實驗記錄及數(shù)據(jù)處理(2)實驗數(shù)據(jù)處理結(jié)果序號L（Kmol/h）G（Kmol/h）Y1Y2X2(%)(kmol/m3h) 123mAY,aYK,實驗報告要求n1.計算組分吸收率 ；n2.計算氣相平均推動力 ；n3.計算氣相總?cè)莘e傳質(zhì)系數(shù) ；n4.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)系圖實驗注意事項實驗思考題（1）n1.從傳質(zhì)推動力和傳質(zhì)阻力兩方面分析吸收劑流量對吸收過程的影響？ n2.填料吸收塔塔底為什么要有液封？ 液封裝置是如何設(shè)計的？n3.增加氣體量對吸收有何影響？n4.從實驗數(shù)據(jù)分析水吸收丙酮是氣膜控制過程還是液膜控制過程，還是兩者同時存在？n5.請你設(shè)計保持吸收劑流量恒定的高位槽，并說明其原理？n6.為什么要測p-u的關(guān)系曲線？實驗思考題（2）n7.哪些操作條件會影響本