吸收实验—填料塔吸收传质系数的测定

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1、实验八吸收实验—填料塔吸收传质系数的测定一、实验目的⒈了解填料塔吸收装置的基本结构及流程；⒉掌握总体积传质系数的测定方法；⒊测定填料塔的流体力学性能；⒋了解气体空塔速度和液体喷淋密度对总体积传质系数的影响；⒌了解气相色谱仪和六通阀在线检测CO2浓度和测量方法；二、基本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，所以气体吸收实验选择CO2作为溶质组分是最为适宜的。本实验采用水吸收空气中的CO2组分。一般将配置的原料气中的CO2浓度控制在10%以内，所以吸收的计算方法可按低浓度来处理。又CO2在水中的溶解度很小，所以此

2、体系CO2气体的吸收过程属于液膜控制过程。因此，本实验主要测定Kxa和HOL。⒈计算公式：填料层高度h为：令：吸收因数，则：式中：h──填料层高度，m；L──液体的摩尔流量，kmol/s；Ω──填料塔的横截面积，m2；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；Xa，Xb──CO2在塔顶、塔底液相中的摩尔比浓度，无因次；Ya，Yb──CO2在塔顶、塔底气相中的摩尔比浓度，无因次。⒉测定方法(a)空气流量和水流量的测定本实验采用转子流量计测得空

3、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。(b)测定塔顶和塔底气相组成yb和ya；(c)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，根据液相温度测定值由附录查得；P──总压，Pa。对清水而言，Xa=0,由全塔物料衡算，可得Xb。三、实验装置与流程⒈装置流程本实验装置流程如图所示：水经转子流量计后送入填料塔塔顶再经喷淋头喷淋在填料顶层。由风机输送来的空气和由钢瓶输送来的二氧化碳气体混合后，一起进入气体混合稳压罐，

4、然后经转子流量计计量后进入塔底，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，整个实验过程可看成是等温吸收过程。⒉主要设备(a)吸收塔：高效填料塔，塔径100mm，塔内装有金属丝网板波纹规整填料，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。(b)填料规格和特性：金属丝网板波纹填料：型号JWB—700Y，填料尺寸为φ100×50mm，比表面积700m2/m3；(c)转子流量计；介

5、质条件最大流量最小刻度标定介质标定条件空气16m3/h0.1m3/h空气20℃1.0133×105PaCO260L/h10L/h空气20℃1.0133×105Pa水1000L/h20L/h水20℃1.0133×105Pa（d）低噪涡轮风机XGB-13；（e）二氧化碳钢瓶；（f）气相色谱仪（型号：Gc－2000A）。四、实验步骤⒈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；⒉打开仪表电源开关及风机电源开关；⒊开启进水总阀，使水的流量达到600l/h左右。让水进入填料塔润湿填料；⒋塔底液封控制：仔细调节阀门①、

6、②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；⒌打开CO2钢瓶总阀，并缓慢调节钢瓶的减压阀（注意减压阀的开关方向与普通阀门的开关方向相反，顺时针为开，逆时针为关），使其压力稳定在0.2Mpa左右；⒍仔细调节空气流量阀至2m3/h，并调节CO2调节转子流量计的流量，使其稳定在80l/h；⒎仔细调节尾气放空阀的开度，直至塔中压力稳定在实验值；⒏待塔操作稳定后，读取各流量计的读数及通过温度数显表、压力表读取各温度、压力，通过六通阀在线进样，利用气相色谱仪分析出塔顶、塔底气相组成；⒐实验完毕，关闭CO2钢瓶总阀，

7、再关闭风机电源开关、关闭仪表电源开关，清理实验仪器和实验场地。五、实验数据与处理⒈原始数据表：填料塔吸收系数的测定班级同组者实验日期装置编号指导教师项目第一组第二组气相CO2流量l/h压力MPa混合气流量M3/h压力MPa温度℃液相水流量l/h温度℃全塔压降mmH2O组成塔底CO2wt%Airwt%塔顶CO2wt%Airwt%⒉列出实验结果与计算示例。六、思考题⒈本实验中，为什么塔底要有液封？液封高度如何计算？⒉测定Kxa有什么工程意义？⒊为什么二氧化碳吸收过程属于液膜控制？⒋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？