实验10 喷淋填料塔吸收系数的测定

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1、1.1实验目的1．了解填料塔吸收装置的构造，吸收操作的基本流程和操作方法；2．观察填料塔流体力学状况，测定压降与气速的关系曲线。3．掌握总体积吸收系数的测定方法，了解单膜控制过程的特点；4．了解气体空塔速度和喷淋密度对总吸收系数的影响。1.2实验原理吸收是工业上常用的操作，常用于气体混合物的分离。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、液两相在塔内实现逆流接触是气体混合物中的溶质较完全地溶解在吸收剂中，于是塔顶获得较纯的惰性组分，从塔底得到溶质和吸收剂组成的溶液（通称富液）。

2、当溶质有回收价值或吸收剂价格较高时，把富液送入再生装置进行解析，得到溶质或再生的吸收剂（通称贫液），再返回吸收塔循环使用。1.2.1填料塔流体力学特性气体通过干填料层时，流体流动引起的压降和湍流流动引起的压降规律相一致。在双对数坐标系中单位高度上的压降△P/Z对气流速度u作图得到一条斜率为1.8～2的直线,如图10-1的a-a线；有喷淋量的低气速阶段，压降△P/Z与气速的比例关系也是1.8～2次幂，因此双对数坐标系中低气速的b-c段是与干填料气流线a-a平行的线段。随气速的增加，出现“载点c”，“

3、载点c”的上方，持液量增大，压降-气速线的斜率变陡(图中c-d段)。实际上由于汽液两相流动的相互影响，实验中通常“载点c”的出现位置并不是十分明确。“d点”称为“液泛点”，在几乎不变的气速下，压降急剧上升，此时液相转为完全连续相，气相为分散相，塔内液体返混和气体的液沫夹带现象严重，传质效果极差。测定填料塔的压降和液泛气速是为了计算填料塔所需动力消耗和确定图10-1填料层压降-空塔气速关系示意图填料塔的适宜操作范围，选择合适的气液负荷。填料塔的压降和液泛测定实验可用空气与水进行。在各种喷淋量下，逐步

4、增大气速，记录必要的数据直至刚出现液泛时止，但不能使气速过分超过泛点，避免冲跑和冲破填料。1.2.2吸收速率Ky的测定1．吸收速率与传质系数吸收是气、液相的相际传质过程，所以吸收速率可用气相内、液相内或两相间的传质速率来表示。在连续吸收操作中，这三种传质速率表达式计算结果相同。对于低浓度气体混合物单组分物理吸收过程，计算公式如下：气相内传质的吸收速率：NkF(yy)（10-1）Ayi液相内传质的吸收速率：NkF(xx)（10-2）Axi气、液两相相际传质的吸收速率：NkF(yy)kF

5、(xx)（10-3）Ayixi式中：y，yi——气相主体和气相界面处的溶质摩尔分数；x,xi——液相主体和液相界面处的溶质摩尔分数；x*，y*——与y和x呈平衡的液相和气相摩尔分数；kx，Kx——以液相摩尔分数差为推动力的液相分传质系数和总传质系数；ky，Ky——以气相摩尔分数差为推动力的气相分传质系数和总传质系数；2F——传质面积，m。对于难溶溶质的吸收过程，称为液膜控制，常用液相摩尔分数差和液相传质系数表达的吸收速率式。对于易溶气体的吸收过程，称为气膜控制，常用气相摩尔分数差和气相传质系数表

6、达的吸收速率式。2.吸收系数和传质单元高度吸收系数和传质单元高度是反映吸收过程的传质动力学特性参数，是吸收塔设计计算的必需数据。其数值大小主要受物系的性质、操作条件和传质设备等三方面参数影响。由于影响因素复杂，至今尚无通用的计算方法，一般都是通过实验测定。当吸收溶液的浓度小于10%时，平衡关系服从亨利定律，传质单元高度和吸收系数存在如下关系：hGy1dyhdh（10-4）0y*Kya2yy式中：h——填料层高度[m]；2G——混合气体通过塔截面的摩尔流速[kmol/m•h]；23a——单

7、位体积填料的有效表面积[m/m]；Ky2——以Δy为推动力的气相总传质系数[kmol/m•h•Δy]；y———气相摩尔分率；y*——平衡时的气相摩尔分率。对于低浓度气体的吸收，在x～y坐标上所绘的操作近于直线；若在操作浓度范围内平衡关系符合亨利定律，则平衡线亦为直线。在本实验的条件下，操作线和平衡线均可看作是直线，如图10-2所示。在此情况下，对应于某一x值的这两直线的纵坐标值之差yy与x或y亦成直图2线关系。令任一位置上的差值为y，浓端yyy，稀端为yyy。因y与1112

8、22y成直线关系，故d(y)(y)1(y)dyy1y2图10-2相平衡与驱动力关系示意图y1dyy1`dyy1y2y1d(y)y2*y2y(y)(y)y2yyy12yy(y)yy12112＝ln＝(y)(y)(y)y122mG(yy)12h（10-5）Kayym则总吸收系数为G(yy)12Ky（10-6）haym式中:a—比表面积，一般不等于干填料的比表面积a，须乘以填料的表面效率η；th—填料层高度，m；2y1、y