填料塔吸收综合实验报告.docx
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填料塔吸收综合实验报告
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填料塔吸收综合实验报告
篇一:
实验七填料塔吸收实验
实验七填料吸收塔的操作和吸收系数的测定
一、实验目的
1.了解填料吸收塔的结构、填料特性及吸收装置的基本流程。
2.熟悉填料塔的流体力学性能。
3.掌握总传质系数KYa测定方法。
4.了解空塔气速和液体喷淋密度对传质系数的影响。
二、实验内容
1.测定干填料及不同液体喷淋密度下填料的阻力降?
p与空塔气速u的关系曲线,并确定液泛气速。
2.测量固定液体喷淋量下,不同气体流量时,用水吸收空气—氨混和气体中氨的体积吸收系数KYa。
三、基本原理
1.填料塔流体力学特性
填料塔是一种重要的气液传质设备,其主体为圆柱形的塔体,底部有一块带孔的支撑板来支承填料,并允许气液顺利通过。
支撑板上的填料有整堆和乱堆两种方式,填料分为实体填料和网体填料两大类,如拉西环、鲍尔环、?
网环都属于实体填料。
填料层上方有液体分布装置,可以使液体均匀喷洒在填料上。
液体在填料中有倾向于塔壁的流动,故当填料层较高时,常将其分段,段与段之间设置液体再分布器,以利液体的重新分布。
吸收塔中填料的作用主要是增加气液两相的接触面积,而气体在通过填料层时,由于克服摩擦阻力和局部阻力而导致了压强降?
p的产生。
填料塔的流体力学特性是吸收设备的主要参数,它包括压强降和液泛规律。
了解填料塔的流体力学特性是为了计算填料塔所需动力消耗,确定填料塔适宜操作范围以及选择适宜的气液负荷。
填料塔的流体力学特性的测定主要是确定适宜操作气速。
在填料塔中,当气体自下而上通过干填料(L=0)时,与气体通过其它固体颗粒床层一样,气压降?
p与空塔气速u的关系可用式?
p=u1.8-2.0表示。
在双对数坐标系中为一条直线,斜率为1.8-2.0。
在有液体喷淋(L?
0)时,气体通过床层的压降除与气速和填料有关外,还取决于喷淋密度等因素。
在一定的喷淋密度下,当气速小时,阻力与空塔速度仍然遵守?
p?
u1.8-2.0这一关系。
但在同样的空塔速度下,由于填料表面有液膜存在,填料中的空隙减小,填料空隙中的实际速度增大,因此床层阻力降比无喷淋时的值高。
当气速增加到某一值时,由于上升气流与下降液体间的摩擦阻力增大,开始阻碍液体的顺利下流,以致于填料层内的气液量随气速的增加而增加,此现象称为拦液现象,此点为载点,开始拦液时的空塔气速称为载点气速。
进入载液区后,当空塔气速再进一步增大,则填料层内拦液量不断增高,到达某一气速时,气、液间的摩擦力完全阻止液体向下流动,填料层的压力将急剧升高,在?
p?
un关系式中,n的数值可达10左右,此点称为泛点。
在不同的喷淋密度下,在双对数坐标中可得到一系列这样的折线。
随着喷淋密度的增加,填料层的载点气速和泛点气速下降。
本实验以水和空气为工作介质,在一定喷淋密度下,逐步增大气速,记录填料层的压
降与塔顶表压的大小,直到发生液泛为止。
2.体积吸收系数KYa的测定
在吸收操作中,气体混合物和吸收剂分别从塔底和塔顶进入塔内,气液两相在塔内逆流接触,使气体混合物中的溶质溶解在吸收质中,于是塔顶主要为惰性组分,塔底为溶质与吸收剂的混合液。
反映吸收性能的主要参数是吸收系数,影响吸收系数的因素很多,其中有气体的流速、液体的喷淋密度、温度、填料的自由体积、比表面积以及气液两相的物理化学性质等。
吸收系数不可能有一个通用的计算式,工程上常对同类型的生产设备或中间试验设备进行吸收系数的实验测定。
对于相同的物料系统和一定的设备(填料类型与尺寸),吸收系数将随着操作条件及气液接触状况的不同而变化。
本实验用水吸收空气-氨混合气体中的氨气。
氨气为易溶气体,操作属于气膜控制。
在其他条件不变的情况下,随着空塔气速增加,吸收系数相应增大。
当空塔气速达到某一值时,将会出现液泛现象,此时塔的正常操作被破坏。
所以适宜的空塔气速应控制在液泛速度之下。
本实验所用的混和气中氨气的浓度很底(?
10%),吸收所得溶液浓度也不高,气液两相的平关系可以被认为服从亨利定律,相应的吸收速率方程式为:
gA=KYa·Vp·?
Ym(7—1)式中gA——单位时间在塔内吸收的组分量,kmol吸收质/h;
KYa——气相总体积吸收系数,kmol吸收质/(m3填料·h);Vp——填料层体积,m3;
塔底气相浓度差(Y—Y*)的对数平均值,kmol吸收质/kmol惰性气?
Ym——塔顶、
体。
(1)填料层体积Vp
Vp=π·DT2·Z/4(7—2)式中DT——塔内经,m;Z——填料层高度,m。
(2)gA由吸收塔的物料衡算求得
gA=V(Y1—Y2)(7—3)式中V——空气流量,kmol/h;
Y1——塔底气相浓度,kmolnh3/kmol空气;Y2——塔顶气相浓度,kmolnh3/kmol空气。
(3)标准状态下空气的体积流量V0空
T0
V0?
V空?
?
p0p1p2T1T2
(7—4)
式中V0空——标准状态下空气的体积流量,m3/h;V空——转子流量计的指示值,m3/h;
T0、p0——标准状态下空气的温度和压强,273K、101.33kpa;T1、p1——标定状态下空气的温度和压强,293K、101.33kpa;
T2、p2——操作状态下温度和压强,K、kpa。
(4)标准状态下氨气的体积流量V0nh3
V0nh3?
Vnh3?
?
0空p2?
p1T0?
?
p0?
0nh3T2?
T1
(7—5)
3
式中V0nh3——转子流量计的指示值,m/h;
T0、p0——标准状态下空气的温度和压强,273K、101.33kpa;T1、p1——标定状态下空气的温度和压强,T2、p2——操作状态下温度和压强,?
0空——标准状态下空气的密度,?
0nh3——标准状态下氨气的密度,(5)塔底气相浓度Y1和塔顶气相浓度Y2
YV0空
nnh31?
V?
0nh3n空
式中nnh3——nh3的摩尔数;
n空——空气的摩尔数
用一定浓度,一定体积的硫酸溶液分析待测气体,有
nnh3=2×mh2so4×Vh2so4×10—3式中mh2so4——硫酸的摩尔浓度,mol/l;Vh2so4——硫酸溶液体积,ml。
n空?
(V空?
T0pp?
2
)/22.40T2
式中V空气––—湿式气体流量计测出的空气体积,T0、p0——标准状态下的温度和压强,22.4——标准状态下一摩尔气体所占有的体积,则Y2=nnh3/n空同样塔顶气相浓度(:
填料塔吸收综合实验报告)Y2也可通过取样分析来获得。
(6)平衡关系
Y*?
mx1?
(1?
m)x
m=e/p式中m——相平衡常数;
293K、101.33kpa;K、kpa;1.293kg/m3;0.771kg/m3。
(7—6)
(7—7)(7—8)
L;
273K、101.33kpa;22.4L/mol。
(7—9)
(7—10)
(7—11)
e——亨利系数,由表7-1中低浓度(5%以下)氨水的亨利系数与温度的关系数据,用内插的方法获得,pa。
x——溶液浓度,kmol吸收质/kmol水;p——塔内混合气体总压,pa(绝压)。
p=大气压pa+塔顶表压+填料层压降/2(7—12)
(7)塔底液相浓度x1,塔顶液相浓度x1
当吸收剂为纯水时,塔顶x2=0,而
x1?
V
(Y1?
Y2)L
(7—13)
式中V——空气流量,kmol/h;L——液体喷淋量,kmol/h;
Y1、Y2——塔底、塔顶气相浓度,kmolnh3/kmol空气;x1、x2——塔底、塔顶液相浓度,kmol/kmol水。
因gA=V(Y1-Y2),故
x1=gA/L(7—14)L=V水?
水/m水(7—15)式中V水——水的体积流量,m3/m;?
水——水的密度,kg/m3;m水——水的平均分子量,18kg/kmol。
(8)气相平均浓度差?
Ym
?
Ym
?
Y?
Y?
?
?
Y?
1
*1
2
?
Y2*
?
(7—16)
Y1?
Y1*ln
Y2?
Y2*
式中Y1*——与x1相平衡的气相浓度,Y1*=(kmolnh3/kmol空气);Y2*——与x2相平衡的气相浓度,Y2*=(kmolnh3/kmol空气)。
四、实验装置与流程
1.实验流程
吸收装置流程如图所示。
实验装置由填料塔、微音气泵、液氨钢瓶、转子流量计、压
填料吸收塔实验装置流程图
1.水流量计2.氨气流量计3.空气流量计4氨缓冲罐5.空气缓冲罐6.气泵7.放空阀8.计前表压9.塔顶表压10.填料层压降11.吸收塔12.吸收瓶13.湿式气体流量计
39
篇二:
吸收实验报告
吸收实验
专业:
环境0901学号:
姓名:
一、实验目的
1、了解填料吸收塔德基本构造,吸收过程的基本流程及操作。
2、掌握吸收总传质系数Kya的测定方法。
二、实验原理
对于低浓度气体吸收且平衡为直线的情况,吸收传质速率由吸收方程
nA=KyaV填Δym,则只要测出nA,测出气相的出,入塔浓度,就可以计算Kya而nA=V(y1-y2)。
式中V为混合气体的流量,单位为mol/s(由转子流量计测定)y1,y2分别为进塔和出塔气相的组成(摩尔分率),用气相色谱分析得到。
液相出塔浓度由全塔物料衡算得到。
计算Δym时需要平衡数据可用丙酮的平衡溶解度算出相平衡常数m。
丙酮、空气混合气体中丙酮的极限浓度y*与空气温度t的关系(压强为1.2?
105pa)
(丙酮的平衡溶解度)三、实验流程及设备
实验装置包括空气输送,空气和丙酮鼓泡接触以及吸收剂供给和气液两相在填料塔中逆流接触的部分,其流程示意图如下所示。
空气的压力定为0.02mpa。
1空压机2压力表3温度计4高位槽5转子流量计6填料塔7鼓泡器8压力定值器
三、实验步骤
1、熟悉实验流程,学习填料塔的操作。
在空气流量恒定的条件下,改变清水的流量,测定气体进出口浓度y1和y2,计算组分回收率η,传质推动力Δym和传质系数Kya。
2、在清水流量恒定的条件下,改变空气的流量,测定气体进出口浓度y1和y2,计算组分回收率η,传质推动力Δym和传质系数Kya。
3、改变吸收液液体的温度,重复实验。
4、在控制定值器的压强时应注意将空压机的出口阀门微开。
5、加热水时,需缓慢调节变压器的旋钮。
6、调节参数后要有一段稳定时间,直至出口水温基本恒定,取样时先取y2,再取y1。
7、转子流量计的读数要注意换算。
8、气体流量不能超过600L/h,液体流量不能超过7L/h,防液泛。
五、实验数据记录及处理1.设备参数和有关常数
实验装置的基本尺寸:
塔内径,填料层高度,填料尺寸拉西环6*6*1(mm),大气压101.3Kpa,室温15℃。
2.实验数据3.计算结果表
计算过程以第一组数据为例:
V气?
g气?
气/m气?
0.4?
1.2/3600/0.029?
0.00460mol/sV液?
g液?
液/m液?
0.002?
1000/3600/0.018?
0.03086mol/sy1?
n取样丙酮量AF4650*1.2*10e?
12
?
?
?
0.055
n取样量poV取样/(RT)101.3*10e3*10(e?
8)/8.31/(273?
14.5)
同理得y2=
nA=V(y1-y2)=0.0046*(0.055-0.018)=1.7*10-4
对于清水x2=0,根据物料衡算有
V(y1?
y2)?
L(x1?
x2),;
即x1=V(y1-y2)/L=0.0046*(0.055-0.018)/0.0309=0.0054
查表得t=14.5℃,p=101.3Kpa下丙酮溶解于清水的量为x=0.01时的平衡分压p*为1.15kpa,故亨利系数e=p*/x,溶解度系数m=e/p=p*/x/p=1.46。
又低浓度的丙酮在同一温度下变化不大,故可认为在实验条件下溶解度系数m=1.46y1*=m?
x1=1.46*5.4*10-3=0.007884
Δym=[(y1-y1*)-(y2-y2*)]/ln[(y1-y1*)/(y2-y2*)]=0.019
V填?
?
d2h/4?
0.785?
0.0342?
0.22?
1.996?
10?
4m3
又nA?
KyaV填?
ym,则Kya?
nA/V填/?
ym?
0.00017/(1.996?
10)/0.019?
44.83
?
4
六、实验结论及讨论
1、从传质推动力和传质阻力两方面分析吸收剂流量对吸收过程的影响?
答:
当液相阻力较小时,增加液体流量,总传质系数基本不变。
溶质吸收量的增加主要是由于传质平均推动力增大引起的。
当液相阻力较大时,增加液体的流量,总传质系数会增加,而平均推动力可能减小,但总的结果是传质速率增大,溶质吸收量增大。
2、从实验数据分析水吸收丙酮是气膜控制还是液膜控制,还是两者兼有之?
答:
由3、4两组数据可知,当其他条件不变时,降低操作温度,1/Kya≈m/kxa
减小,符合气膜控制。
3、填料吸收塔底为什么必须有液封装置,液封装置是如何设计的?
答:
防止实验过程中吸收剂从吸收塔底流出,影响实验结果。
4、在该实验装置上如何验证吸收剂温度对吸收过程的影响?
答:
设置不同操作温度下的吸收实验,例如第3组和第4组其他条件相同,但第4组吸收剂要加热。
5、如何正确使用转子流量计?
答:
使流量计保持垂直,等到转子稳定时再读数,测定实际流体时要校正读数。
6、若没有达到稳定状态就测数据,对结果有何影响?
答:
若没有达到稳定状态,则丙酮的气相和液相没有达到平衡,导致吸收量偏小,y2偏大,na偏小,x1偏小,Kya可能偏大可能偏小。
7、读数是否同时进行?
答:
不同时进行;先取出气口气体,后取入气口气体。
篇三:
吸收实验报告
吸收实验
专业:
环境0901学号:
姓名:
一、实验目的
1、了解填料吸收塔德基本构造,吸收过程的基本流程及操作。
2、掌握吸收总传质系数Kya的测定方法。
二、实验原理
对于低浓度气体吸收且平衡为直线的情况,吸收传质速率由吸收方程
nA=KyaV填Δym,则只要测出nA,测出气相的出,入塔浓度,就可以计算Kya而nA=V(y1-y2)。
式中V为混合气体的流量,单位为mol/s(由转子流量计测定)y1,y2分别为进塔和出塔气相的组成(摩尔分率),用气相色谱分析得到。
液相出塔浓度由全塔物料衡算得到。
计算Δym时需要平衡数据可用丙酮的平衡溶解度算出相平衡常数m。
丙酮、空气混合气体中丙酮的极限浓度y*与空气温度t的关系(压强为1.2?
105pa)
(丙酮的平衡溶解度)三、实验流程及设备
实验装置包括空气输送,空气和丙酮鼓泡接触以及吸收剂供给和气液两相在填料塔中逆流接触等部分,其流程示意图如下所示。
空气的压力定为0.02mpa。
1空压机2压力表3温度计4高位槽5转子流量计6填料塔7鼓泡器8压力定值器
三、实验步骤
1、熟悉实验流程,学习填料塔的操作。
在空气流量恒定的条件下,改变清水的流量,测定气体进出口浓度y1和y2,计算组分回收率η,传质推动力Δym和传质系数Kya。
2、在清水流量恒定的条件下,改变空气的流量,测定气体进出口浓度y1和y2,计算组分回收率η,传质推动力Δym和传质系数Kya。
3、改变吸收液液体的温度,重复实验。
4、在控制定值器的压强时应注意将空压机的出口阀门微开。
5、加热水时,需缓慢调节变压器的旋钮。
6、调节参数后要有一段稳定时间,直至出口水温基本恒定,取样时先取y2,再取y1。
7、转子流量计的读数要注意换算。
8、气体流量不能超过600L/h,液体流量不能超过7L/h,防液泛。
五、实验数据记录及处理1.设备参数和有关常数
实验装置的基本尺寸:
塔内径,填料层高度,填料尺寸拉西环6*6*1(mm),大气压101.3Kpa,室温15℃。
2.实验数据3.计算结果表
计算过程以第一组数据为例:
V气?
g气?
气/mV液?
g液?
液
气
?
0.4?
1.2/3600/0.029?
0.00460mol/s?
0.002?
1000/3600/0.018?
0.03086mol/s
AF
poV取样/(RT)
/m
液
y1?
n取样丙酮量n取样量
?
?
4650*1.2*10e?
12
101.3*10e3*10(e?
8)/8.31/(273?
14.5)
?
0.055
同理得y2=nA=V(y1-y2)=0.0046*(0.055-0.018)=1.7*10-4对于清水x2=0,根据物料衡算有
V(y1?
y2)?
L(x1?
x2),;
即x1=V(y1-y2)/L=0.0046*(0.055-0.018)/0.0309=0.0054
查表得t=14.5℃,p=101.3Kpa下丙酮溶解于清水的量为x=0.01时的平衡分压p*为1.15kpa,故亨利系数e=p*/x,溶解度系数m=e/p=p*/x/p=1.46。
又低浓度的丙酮在同一温度下变化不大,故可认为在实验条件下溶解度系数m=1.46y1*=m?
x1=1.46*5.4*10-3=0.007884
Δym=[(y1-y1*)-(y2-y2*)]/ln[(y1-y1*)/(y2-y2*)]=0.019
V填?
?
dh/4?
0.785?
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A
2
2
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0.22?
1.996?
10
A
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4
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K
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V填?
ym,则K
ya
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n
/V填/?
ym?
0.00017/(1.996?
10
?
4
)/0.019?
44.83
六、实验结论及讨论
1、从传质推动力和传质阻力两方面分析吸收剂流量对吸收过程的影响?
答:
当液相阻力较小时,增加液体流量,总传质系数基本不变。
溶质吸收量的增加主要是由于传质平均推动力增大引起的。
当液相阻力较大时,增加液体的流量,总传质系数会增加,而平均推动力可能减小,但总的结果是传质速率增大,溶质吸收量增大。
2、从实验数据分析水吸收丙酮是气膜控制还是液膜控制,还是两者兼有之?
答:
由3、4两组数据可知,当其他条件不变时,降低操作温度,1/Kya≈m/kxa减小,符合气膜控制。
3、填料吸收塔底为什么必须有液封装置,液封装置是如何设计的?
答:
防止实验过程中吸收剂从吸收塔底流出,影响实验结果。
4、在该实验装置上如何验证吸收剂温度对吸收过程的影响?
答:
设置不同操作温度下的吸收实验,例如第3组和第4组其他条件相同,但第4组吸收剂要加热。
5、如何正确使用转子流量计?
答:
使流量计保持垂直,等到转子稳定时再读数,测定实际流体时要校正读数。
6、若没有达到稳定状态就测数据,对结果有何影响?
答:
若没有达到稳定状态,则丙酮的气相和液相没有达到平衡,导致吸收量偏小,y2偏大,na偏小,x1偏小,Kya可能偏大可能偏小。
7、读数是否同时进行?
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