填充塔气体收.doc

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1、實驗五填充塔氣體吸收GasAbsorptionofPackedColumn一、實驗目的1.測定氣體通過填充塔之壓力降，並比較不同形式填充物在乾濕填充塔內壓力降之特性。2.比較負載點(loadingpoint)及泛溢點(floodingpoint)之實驗值及理論值。3.測定CO2於逆流填充塔內吸收之質傳單位數(NTUog)與單位質傳高度(HTUog)。4.證明氣體流率改變對吸收效率之影響。二、原理氣體之吸收係藉氣體與液體之接觸，使氣相中之氣體溶質因被吸收而轉移至液相，以達到分離目的，如氨氣(或CO2)與空氣之混合物通過水中時，氣相中之氨氣(或CO2)溶解於水中，而成氨水(或碳酸)

2、溶液。填充塔係由一圓柱塔構成，塔中裝以填充物，用以增大氣體與液體間之接觸面積。填充塔之架構如圖4所示；塔之外管通常係由金屬、陶器、玻璃、塑膠或他襯有防蝕材料之金屬製成。填充物置放在塔內底部由多孔板或篩網製成之支撐物，填充物之種類如圖1所示。液體由塔頂之液體入口經由一液體分配器均勻潤濕在上層之填充物上，穿流過下層之填充物與多孔板後，由塔底之液體出口流出；氣體則由塔底之氣體入口逆流上升，在塔內和液體充分接觸後，由塔頂之氣體出口逸出。圖1填充塔內填充物種類(a)貝爾鞍(b)印達洛鞍(c)拉西環(d)波爾環2.1乾濕填充塔之壓力降(一)乾燥塔壓降(DP，pressuredrop)與氣體

3、流速(V，gasvelocity)之關係為DP∝Vn，公式如下：DP=hVn其中h：填充塔高壓降與塔徑無關，但與填充物特性有極大關係。不同之填料有不同之自由截面積，自由截面積與填充物之孔隙度有關。(二)當液體進入塔內時，增加摩擦力與黏度拖曳將會影響氣體流量；因此濕塔比乾燥塔具有更大之壓降，壓降與液體流率關係為DP∝Vm。loadingpoint(負載點)：圖2壓降對氣體流速關係圖中，斜率迅速增加，小量之Ｖ改變，即可引起壓降很大之變化。floodingpoint(泛溢點)：氣體流量再增加，則氣體無法向上吹，液體無法向下流。圖2填充塔內壓力對氣體流速關係圖氣體吸收係利用溶劑對氣體混

4、合物各成份溶解度之不同而分離之操作，如二氧化碳與空氣之混合物如遇NaOH溶液則CO2被溶解成液相，空氣不溶仍以氣相離去。被溶解之成份CO2稱為溶質或傳送物質(transfermaterial)，不溶解或難溶之成份，稱為惰性物質(inertmaterial)，依據質量輸送理論溶質由氣相傳送至液相，乃是依雙膜理論(twofilmtheory)。Z：由塔頂至任一點之長度L：dz處之液相流量V：dz處之氣相流量x：dz處之液相組成y：dz處之氣相組成xi：dz處，液、氣相交界面上之液相濃度yi：dz處，液、氣相交界面上之氣相濃度dA：dz處，液、氣相之交界面積圖3填充塔交界面示意圖如圖

5、3示，在Z處之質量傳送速率dNA(lb-mole/hr)可表為dNA=ky(y-yi)dA(1)由交界面傳向液相之質量輸送速率為dNA=kx(xi–x)dA(2)式(1)(2)中ky，kx分別表示氣相、液相之質量輸送係數(lb-mole/ft2-hr)。又由dZ處之質量平衡得dNA=d(Vy)=d(Lx)(3)由(1)(2)(3)式得dNA=d(Vy)=d(Lx)=ky(y-yi)dA=kx(xi-x)dA(4)在吸收操作過程中，溶質不斷地由氣相傳送至液相，故氣相之流量V漸減而液相之流量L則漸增。今若以V’表示氣相中inert之流量則V’=V(1-y)，在全塔中均保持為一常數，

6、代入(4)得：(5)再者，因為氣、液相之交界面dA無法測定，通常係以單位體積內之接觸面積a(ft2/ft3)表之。如塔之截面積為S(ft2)則在dz處之體積為Sdz，則該處之交界面積應為dA=aSdz(6)以(5)(6)兩式代入(4)式中得令(lb-mole/hr-ft2)表氣相之MoleFlux，則(7)同理，若令lb-mole/hr-ft2表液相之MoleFlux，則(8)2.2塔高計算h=Nt×HNt：傳送單位(No.ofTransferUnit)H：傳送單位高度(HeightofTransferUnit)(一)總質傳係數(OverallMassTransferCoeff

7、icient)若令y表氣相濃度，y*是與液相濃度x互相平衡之氣相濃度，則兩相間之總濃度差可以（y-y*）表之，由此定義總括質傳輸送係數Ky為：dNA=Ky(y–y*)dA(9)同理，若令x表液相濃度，x*表與氣相濃度y互相平衡之液相濃度，則可定義另一總括質傳輸送係數Kx為：dNA=Kx(x*–x)dA(10)由平衡關係，yi=mxi，得y*=mx，y=mx*(11)由(4)(9)(10)(11)式可得，(12)或，(13)由(4)(7)(9)(10)式可得(14)(15)(二)總質傳係數之測