填料吸收装置实验指导书
填料塔吸收传质系数的测定
一、实验目的
1.了解填料塔吸收装置的基本结构及流程; 2.掌握总体积传质系数的测定方法; 3.了解气相色谱仪和六通阀的使用方法。
二、基本原理
气体吸收是典型的传质过程之一。由于CO 2气体无味、无毒、廉价,所以气体吸收实验常选择CO 2
作为溶质组分。本实验采用水吸收空气中的CO 2组分。一般CO 2在水中的溶解度很小,即使预先将一定量的CO 2气体通入空气中混合以提高空气中的CO 2浓度,水中的CO 2含量仍然很低,所以吸收的计算方法可按低浓度来处理,并且此体系CO 2气体的解吸过程属于液膜控制。因此,本实验主要测定K xa 和H OL 。 1. 计算公式
填料层高度Z 为
z =⎰dZ =
Z
L
K xa
⎰x
x 1
2
dx x -x
*
=H OL ⋅N OL
式中: L 液体通过塔截面的摩尔流量,kmol / (m2·s) ;
K xa 以△X 为推动力的液相总体积传质系数,kmol / (m3·s) ;
H OL 液相总传质单元高度,m ; N OL 液相总传质单元数,无因次。
令:吸收因数A=L/mG
N OL =
y -mx 21
ln[(1-A ) 1+A ] 1-A y 1-mx 1
2. 测定方法
(1)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。
(2)测定填料层高度Z 和塔径D ;
(3)测定塔顶和塔底气相组成y 1和y 2; (4)平衡关系。
本实验的平衡关系可写成
y = mx
式中: 相平衡常数,m=E/P;
E 亨利系数,E =f(t),Pa ,根据液相温度由附录查得; P 总压,Pa ,取1atm 。
对清水而言,x 2=0,由全塔物料衡算
G (y 1-y 2) =L (x 1-x 2)
可得x 1 。
三、实验装置
1. 装置流程
1-液体出口阀1;2-风机;3-液体出口阀2;4-气体出口阀;5-出塔气体取样口;6-U 型压差计;7-填料层;8-塔顶预分离器;9-进塔气体取样口;10-气体小流量玻璃转子流量计(0.4-4m 3/h);11-气体大流量玻璃转子流量计(2.5-25 m3/h);12-液体玻璃转子流量计(100-1000L/h); 13-气体进口闸阀V1;14-气体进口闸阀V2;;15-液体进口闸阀V3;16-水箱;17-水泵;18-液体进口温度检测点;19-混合气体温度检测点;20-风机旁路阀
图5-1 吸收装置流程图
本实验装置流程:由自来水源来的水送入填料塔塔顶经喷头喷淋在填料顶层。由风机送来的空气和由二氧化碳钢瓶来的二氧化碳混合后,一起进入气体混合罐,然后再进入塔底,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,整个实验过程看成是等温操作。 2.主要设备
(1)吸收塔:高效填料塔,塔径100mm ,塔内装有金属丝网波纹规整填料或θ环散装填料,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。
(2)填料规格和特性:金属丝网波纹规整填料:型号JWB —700Y ,规格φ100×100mm ,比表面积700m 2/m3。
(3)转子流量计:
在本实验中提供了两种不同量程的玻璃转子流量计,使得气体的流量测量范围变大,实验更加准确。
(4)空气风机:型号:旋涡式气机 (5)二氧化碳钢瓶; (6)气相色谱分析仪。
四、实验步骤与注意事项
1.实验步骤
(1)熟悉实验流程及弄清气相色谱仪及其配套仪器结构、原理、使用方法及其注意事项; (2)打开混合罐底部排空阀,排放掉空气混合贮罐中的冷凝水; (3)打开仪表电源开关及空气压缩机电源开关,进行仪表自检;
(4)开启进水阀门,让水进入填料塔润湿填料,仔细调节液体转子流量计,使其流量稳定在某一实验值。(塔底液封控制:仔细调节液体出口阀的开度,使塔底液位缓慢地在一段区间内变化,以免塔底液封过高溢满或过低而泄气);
(5)启动风机,打开CO 2钢瓶总阀,并缓慢调节钢瓶的减压阀;
(6)仔细调节风机旁路阀门的开度(并调节CO 2调节转子流量计的流量,使其稳定在某一值;) 建议气体流量3-5 m3/h;液体流量0.6-0.8 m3/h;CO2流量2-3L/min。
(7)待塔操作稳定后,读取各流量计的读数及通过温度、压差计、压力表上读取各温度、塔顶塔底压差读数,通过六通阀在线进样,利用气相色谱仪分析出塔顶、塔底气体组成;
(8)实验完毕,关闭CO 2钢瓶和转子流量计、水转子流量计、风机出口阀门,再关闭进水阀门,
及风机电源开关,(实验完成后我们一般先停止水的流量再停止气体的流量,这样做的目的是为了防止液体从进气口倒压破坏管路及仪器)清理实验仪器和实验场地。 2.注意事项
(1)固定好操作点后,应随时注意调整以保持各量不变。
(2)在填料塔操作条件改变后,需要有较长的稳定时间,一定要等到稳定以后方能读取有关数据。
五、实验报告
1.将原始数据列表。
2.在双对数坐标纸上绘图表示二氧化碳解吸时体积传质系数、传质单元高度与气体流量的关系。 3.列出实验结果与计算示例。
六、思考题
1.本实验中,为什么塔底要有液封?液封高度如何计算? 2.测定K xa 有什么工程意义?
3.为什么二氧化碳吸收过程属于液膜控制?
4.当气体温度和液体温度不同时,应用什么温度计算亨利系数?