吸收实验—填料塔吸收传质系数的测定供参习.doc

实验八吸收实验—填料塔吸收传质系数的测定
一、实验目的
⒈了解填料塔吸收装置的基本结构及流程;
⒉掌握总体积传质系数的测定方法;
⒊测定填料塔的流体力学性能;
⒋了解气体空塔速度和液体喷淋密度对总体积传质系数的影响;
⒌了解气相色谱仪和六通阀在线检测CO2浓度和测量方法;
二、基本原理
气体吸收是典型的传质过程之一。由于CO2气体无味、无毒、廉价,所以气体吸收实验选择CO2作为溶质组分是最为适宜的。本实验采用水吸收空气中的CO2组分。一般将配置的原料气中的CO2浓度控制在10%以内,所以吸收的计算方法可按低浓度来处理。又CO2在水中的溶解度很小,所以此体系CO2气体的吸收过程属于液膜控制过程。因此,本实验主要测定Kxa和HOL。
⒈计算公式:
填料层高度h为:
令:吸收因数,则:
式中:h──填料层高度,m;
L──液体的摩尔流量,kmol/s;
Ω──填料塔的横截面积,m2;
Kxa──以△X为推动力的液相总体积传质系数,kmol/(m3·s);
HOL──液相总传质单元高度,m;
NOL──液相总传质单元数,无因次;
Xa,Xb──CO2在塔顶、塔底液相中的摩尔比浓度,无因次;
Ya,Yb──CO2在塔顶、塔底气相中的摩尔比浓度,无因次。
⒉测定方法
(a)空气流量和水流量的测定
本实验采用转子流量计测得空气和水的流量,并根据实验条件(温度和压力)和有关公式换算成空气和水的摩尔流量。
(b)测定塔顶和塔底气相组成yb和ya;
(c)平衡关系。
本实验的平衡关系可写成: Y=mX 式中:m──相平衡常数,m=E/P;
E──亨利系数,E=f(t),Pa,根据液相温度测定值由附录查得;
P──总压,Pa。
对清水而言,Xa=0,由全塔物料衡算,可得Xb。
三、实验装置与流程
⒈装置流程
本实验装置流程如图所示:水经转子流量计后送入填料塔塔顶再经喷淋头喷淋在填料顶层。由风机输送来的空气和由钢瓶输送来的二氧化碳气体混合后,一起进入气体混合稳压罐,然后经转子流量计计量后进入塔底,与水在塔内进行逆流接触,进行质量和热量的交换,由塔顶出来的尾气放空,由于本实验为低浓度气体的吸收,所以热量交换可略,整个实验过程可看成是等温吸收过程。
⒉主要设备
(a)吸收塔:高效填料塔,塔径100mm,塔内装有金属丝网板波纹规整填料,填料层总高度2000mm。塔顶有液体初始分布器,塔中部有液体再分布器,塔底部有栅板式填料支承装置。填料塔底部有液封装置,以避免气体泄漏。
(b)填料规格和特性:金属丝网板波纹填料:型号JWB—700Y,填料尺寸为φ100×50mm,比表面积700m2/m3;
(c)转子流量计;
介质
条件
最大流量
最小刻度
标定介质
标定条件
空气
16m3/h
m3/h
空气
20℃ ×105Pa
CO2
60 L/h
10 L/h
空气
20℃ ×105Pa
水
1000L/h
20 L/h
水
20℃ ×105Pa
(d)低噪涡轮风机XGB-13;
(e)二氧化碳钢瓶;
(f)气相色谱仪(型号:Gc-2000A)。
四、实验步骤
⒈熟悉实验流程及弄清气相色谱仪及其配套仪器结构、原理、使用方法