填料塔吸收传质系数的测定.docx
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填料塔吸收传质系数的测定
填料塔吸收传质系数的测定
化工原理实验报告
学院:
专业:
班级:
姓名
学号
实验组号
实验日期
指导教师
成绩
实验名称
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、实验原理
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,所以气体吸收实验常选择CO2作为溶质组分。
本实验采用水吸收空气中的CO2组分。
一般CO2在水中的溶解度很小,即使预先将一定量的CO2气体通入空气中混合以提高空气中的CO2浓度,水中的CO2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CO2气体的解吸过程属于液膜控制。
因此,本实验主要测定Kxa和HOL。
计算公式
填料层高度Z为
式中:
L液体通过塔截面的摩尔流量,kmol/(m2·s);
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。
令:
吸收因数A=L/mG
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y1和y2;
(4)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,根据液相温度由附录查得;
P总压,Pa,取1atm。
对清水而言,x2=0,由全塔物料衡算
可得x1。
三、实验装置
1.装置流程
1-液体出口阀2;2-风机;3-液体出口阀1;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-塔顶预分布器;9-进塔气体取样口;10-玻璃转子流量计(0.4~4m3/h);11-混合气体进口阀1;12-混合气体进口阀2;13-孔板流量计;14-涡轮流量计;15-水箱;16-水泵
图7-1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700m2/m3。
(3)转子流量计:
介质
条件
常用流量
最小刻度
标定介质
标定条件
(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CO2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、原始数据记录
原始数据记录表
流量
温度
含量%
水
(m3/h)
气体总流量(m3/h)
CO2
(L/min)
空气
水
进口
出口
0.6
4
2.5
22.3
13.5
0.0199
0.2449
0.7
4
2.5
22.3
13.5
0.0199
0.3552
0.8
4
2.5
22.3
13.5
0.0199
0.2502
六、数据处理
(1)单位换算:
水:
0.6m3/h=600kg/h=(600/3600)*4/(π*18)=0.01179kmol/m2.s
0.7m3/h=700kg/h=(700/3600)*4/(π*18)=0.01375kmol/m2.s
0.8m3/h=800kg/h=(800/3600)*4/(π*18)=0.01572kmol/m2.s
气体流量:
4m3/h=(4/3600)*4/(π*22.4)=6.316*10-5kmol/m2.s
二氧化碳:
2.5L/min=0.06*2.5m3/h=0.15m3/h=(0.15/3600)*4/(π*22.4)=2.368*10-6kmol/m2.s
(2)数据处理:
1.液体流量为0.6m3/h,气体流量为4m3/h求算Kxa,及HOL方法
已知L=0.01179kmol/m2.sG=6.316*10-5kmol/m2.sm=1420
A=L/mG==0.01179/(6.316*10-5*1420)=0.1315
=2.6451m
又∵h0=2m
∴HOL=h0/NOL=2/2.6451=0.756m
Kxa=G/HOL=6.316*10-5/0.756=8.354*10-5kmol/m3.s
2.液体流量为0.7m3/h,气体流量为4m3/h求算Kxa,及HOL方法与第一步相似
已知L=0.01375kmol/m2.sG=6.316*10-5kmol/m2.sm=1420
A=L/mG==0.01375/(6.316*10-5*1420)=0.1533
=3.2191m
又∵h0=2m
∴HOL=h0/NOL=2/3.2191=0.621m
Kxa=G/HOL=6.316*10-5/0.621=1.017*10-4kmol/m3.s
3.液体流量为0.8m3/h,气体流量为4m3/h求算Kxa,及HOL方法与第一步相似
已知L=0.01572kmol/m2.sG=6.316*10-5kmol/m2.sm=1420
A=L/mG==0.01572/(6.316*10-5*1420)=0.1753
=2.8563m
又∵h0=2m
∴HOL=h0/NOL=2/2.8563=0.701m
Kxa=G/HOL=6.316*10-5/0.701=9.001*10-5kmol/m3.s
七、实验结果及讨论
通过对本次实验的数据进行收集分析作图,经过分析得到传质系数受液体流量的影响较大,受气体流量的影响较小,随着气体流量增大,传质系数增加,在后面的数据分析发现,由于传质系数受气体流量变化很小,其中有两个偏差很大的点只是相对偏差较大,而绝对误差偏差很小。
可以近似认为等于理论值,在图表解析的过程中,传质系数几乎不受气体流量的影响。
八、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?
答:
保证塔内液面,防止气体漏出,保持塔内压力.U形管液封所需高度是由系统内压力(P1塔顶气相压力)、冷凝器气相的压力(P2)及管道压力降(h,)等参数计算确定的。
可按式(4.0.1-1)计算:
H=(P1一P2)X10.2/Y一h-式中H.,-—最小液封高度,m;P1,—系统内压力;P2—受液槽内压力;Y—液体相对密度;h-—管道压力降(液体回流道塔内的管线)一般情况下,管道压力降(h-)值较小,可忽略不计,因此可简化为H=(P1一P2)X10.2/Y为保证液封效果,液封高度一般选取比计算所需高度加0.3m-0.5m余量为宜。
2.测定Kxa有什么工程意义?
答:
传质系数Kxa是气液吸收过程重要的研究的内容,是吸收剂和催化剂等性能评定、吸收设备设计、放大的关键参数之一。
3.为什么二氧化碳吸收过程属于液膜控制?
答:
易溶气体的吸收过程是气膜控制,如HCl,NH3,吸收时的阻力主要在气相,反之就是液膜控制.对于CO2的溶解度和HCl比起来差远了,应该属于液膜控制。
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?
答:
液体温度,因为亨利定律一般适应于稀溶液,如难容气体的溶解,这种溶解的传质过程属于液膜控制(m值大),液体的影响比较大,故选择液体温度。
指导教师意见
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年月日
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- 填料 吸收 传质 系数 测定
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