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时间:2018-10-28
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1、填料塔吸收操作及体积吸收系数的测定wm-副本实验报告课程名称:过程工程原理实验(甲)指导老师:叶向群成绩:实验名称:填料塔吸收操作及体积吸收系数的测定实验类型:同组学生:李凌霄周恒一、实验目的和要求(必填)三、主要仪器设备(必填)五、实验数据记录和处理七、讨论、心得一、实验目的二、实验内容和原理(必填)四、操作方法和实验步骤六、实验结果与分析(必填)1.了解填料吸收塔的构造并熟悉吸收塔的操作。2.观察填料吸收塔的液泛品现,测定泛点空塔气速。3.测定填料层压降△P与空塔气速u的关系曲线。4.测定含氨空气一水
2、系统的体积吸收系数KYci。二、实验装置1.木实验装置的流程示意图见图5-1。主体设备是内径70毫米的吸收塔,塔内装10X9X1陶瓷拉西环填料。2.物系是(水一空气一氨气)。惰性气体空气由漩涡气泵提供,氨气由液氨钢瓶供应,吸收剂水采用自来水,它们分别通过转子流量计测量。水葱塔顶喷淋至填料层与自下而上的含氨空气进行吸收过程,溶液由塔底经液封管流出塔外,塔底有液相取样口,经吸收后的尾气由塔顶排至室外,自塔顶引出适量尾气,用化学分析法对其进行组成分析。1一填料吸收塔2—旋涡气泵3—空气转子流量计4一液氨钢瓶5—
3、氨气压力表6—氨气减压阀7—氨气稳压罐8—氨气转子流量计9一水转子流量计10—洗气瓶11一湿式流量计12—三通旋塞13、14、15、16—U型差压计17、18、19一温度计20—液位计图5-:L填料塔吸收操作及体积吸收系数测定实验装置流程示意图三、基木原理(一)填料层压力降AP与空塔气速u的关系气体通过干填料层时(喷淋密度L=0),其压力降AP与空塔气速u如图6屮直线A所示,此直线斜率约为1.8,与气体以湍流方式通过管道时△P与u的关系相仿。如图6可知,当气速在L点以下时,在一定喷淋密度下,由于持液量增加
4、而使空隙率减小,使得填料层的压降随之增加,乂由于此时气体对液膜的流动无明显影响,在一定喷淋密度下,持液量不随气速变化,故其△P〜u关系与干填料相仿。在一定喷淋密度下,气速增大至一定程度时,随气速增大,液膜增厚,即出现“拦液状态”(如图6中L点以上),此时气体通过填料层的流动阻力剧增;若气速继续加大,喷淋液的下流严重受阻,使极具的液体从填料表扩展到整个填料层空间,谓之“液泛状态”(如图6中F点),此时气体的流动阻力急剧增加。图6中F点即为泛点,与之相对应的气速称为泛点气速。原料塔在液泛状态下操作,气液接触面
5、积可达最大,其传质效率最高但操作最不稳定,通常实际操作气速取泛点气速的60%〜80%。塔内气体的流速以其体积流量与塔截面积之比来表示,称之为空塔气速U。U?式中:u空塔气速,m/sV'?(1)V’塔内气体体积流量,m3/sQ塔截面积,m2。实验中气体流量由转子流量计测量。但由于实验测量条件与转子流量计标定条件不一定相同,故转子流量计的读数值必须进行校正,校正方法详见附录四。填料层压降AP直接可由U型压差计读取,再根据式(1)求得空塔气速u,便可得到一系列AP〜u值,标绘在双对数坐标纸上,即可得到A
6、P〜u关系曲线。(二)体积吸收系数KYci的测定1.相平衡常数m对相平衡关系遵循亨利定律的物系(一般指低浓度气体),气液平衡关系式为:y*?mx(2)相平衡常数m与系统总压P和亨利系数E的关系如不:m?式中:E——亨利系数,Pa;EP(3)P一一系统总压(实验中取塔内平均压力),Pa。亨利系数E与温度T的关系为:lgE?11.468?1922/T式中:T一一液相温度(实验中取塔底液相温度),K。(4)根据实验中所测的塔顶表压及塔顶塔底压差AP,即可求得塔内平均压力P。根据实验屮所测的塔底液相温度T,利用式
7、(3)、(4)便可求得相平衡常数m。2.体积吸收系数KYa体积吸收系数KYa是反映填料吸收塔性能的主耍参数之一,其值也是设计填料塔的重耍依据。本实验屮属于低浓度气体吸收,近似取Y~y,X^Xo吸收速率方程式为:GA?KYa???h??Ym则KYa?GA??h??Ym(5)式屮:KYa——气相体积吸收系数,kmol/m3•h;ci一一单位体积填料层所提供的有效接触面积,m2/m3;GA——单位时间内NH3的吸收量,kmol/h;Q——塔截面积,m2;h填料层高度,m;AYm一一吸收推动力,气相对数平均浓度差
8、。为求得KYa,需求取GA及AYm。(1)被吸收的NH3量GA,可由物料衡算求得:GA?V(Y1?Y2)?L(X1?X2)(6)式屮:V——惰性气体空气的流量,kmol/h;L吸收剂水的流量,kmol/h;Y1进塔气相的组成,比摩尔分率,kmol(A)/kmol(B);Y2——出塔气相(尾气)的组成,比摩尔分率,kmol(A)/kmol(B);XI出塔液相的组成,比摩尔分率,kmol(A)/kmol(B);X2——进塔液相的责
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