填料吸收塔操作和吸收传质系数测定.doc

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1、填料吸收塔的操作及吸收传质系数的测定一、实验目的及任务1、了解吸收过程的流程、设备结构，并掌握吸收操作方法。2、在不同空塔气速下，观察填料塔中流体力学状态。测定气体通过填料层的压降与气速的关系曲线。3、本实验采用水吸收二氧化碳，测定填料塔的液侧传质膜系数、总传质系数。4、通过实验了解ΔP—u曲线和传质系数对工程设计的重要意义。二、实验原理1、填料塔的流体力学特性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，由于有局部阻力和摩擦阻力而产生压强降。填料塔的流体力学特性是吸收设备的重要参数，它包括压强降和液泛规律。测定填料塔

2、的流体力学特性是为了计算填料塔所需动力消耗和确定填料塔的适宜操作范围，选择适宜的气液负荷，因此填料塔的流体力学特性是确定最适宜操作气速的依据。气体通过干填料（L=0）时，其压强降与空塔气速之间的函数关系在双对数坐标上为一直线，如图中AB线，其斜率为1.8～2。当有液体喷淋时，在低气速时，压强降和气速间的关联线与气体通过干填料时压强降和气速间的关联线AB线几乎平行，但压降大于同一气速下干填料的压降，如图中CD段。随气速的进一步增加出现载点（图中D点），填料层持液量开始增大，压强降与空塔气速的关联线向上弯曲，斜率变大，如图中DE段。当气速增大到E

3、点，填料层持液量越积越多，气体的压强几乎是垂直上升，气体以泡状通过液体，出现液泛现象，此点E称为泛点。2、传质实验图1.双膜模型浓度分布图图2.填料塔的物料衡算图双膜模型的基本假设，气侧和液侧的吸收质A的传质速率方程可分别表达为气膜GA=kgA(pA－pAi)（1）液膜GA=kLA(CAi－CA)（2）式中GA——A组分的传质速率，kmol·s–1A——两相接触面积，m2；pA——气侧A组分的平均分压，Pa；pA,i——相界面上A组分的分压，Pa；CA——液侧A组分的平均浓度，kmol·m–3；CA,i——相界面上A组分的浓度，kmol·m–

4、3；kg——以分压表达推动力的气侧传质膜系数，kmol·m–2·s–1·Pa–1；kL——以物质的量浓度表达推动力的液侧传质膜系数，m·s–1。*以气相分压或以液相浓度表示传质过程推动力的相际传质速率方程又可分别表达为**GA=KGA(pA－pA)（3）GA=KLA(CA－CA)（4）*式中pA为液相中A组分的实际浓度所要求的气相平衡分压，Pa；*CA——气相中A组分的实际分压所要求的液相平衡浓度，kmol·m–3；KG——以气相分压表示推动力的总传质系数或简称为气相传质总系数，kmol·m–2·s–1·Pa–1；KL——以液相浓度表示推动力

5、的总传质系数，或简称为液相传质总系数，m·s–1。若气液相平衡关系遵循亨利定律：CA=HP*A，则(5)(6)当气膜阻力远大于液膜阻力时，则相际传质过程受气膜传质速率控制，此时，KG=kg；反之，当液膜阻力远大于气膜阻力时，则相际传质过程受液膜传质速率控制，此时，KL=kL。如图2所示，在逆流接触的填料层内，任意截取一微分段，并以此为衡算系统，则由吸收质A的物料衡算可得：(a)式中FL为液相摩尔流率，kmol·s–1；ρL为液相摩尔密度，kmol·dm–3；根据传质速率基本方程，可写出该微分段的传质速率微分方程：dGA=KL(CA－CA)aS

6、dh(b)联立(a)和(b)两式可得：(c)式中a为气液两相接触的比表面积，m2·m–3，S为填料塔的横截面积，m2；本实验采用水吸收纯二氧化碳，且已知二氧化碳在常温下溶解度较小，因此，液相摩尔流率FL和摩尔密度ρL的比值，亦即液相体积流率VsL,可视为定值，且设总传质系数KL和两相接触比表面积,在整个填料层内为一定值，则按下列边值条件积分(c)式，可得填料层高度的计算公式：h=0CA=CA,2h=h，CA=CA,1*(7)令，且称HL为液相传质单元高度；，且称NL为液相传质单元数。因此，填料层高度为传质单元高度与传质单元数之乘积，即h=HL

7、×NL(8)若气液平衡关系遵循亨利定律，即平衡曲线为直线，则（7）式可用解析法解得填料层高度的计算式，亦即可用下列平均推动力法计算填料层高度和液相传质单元高度：(9)(10)式中ΔCA,m为液相平均推动力，即****(11)因为本实验采用纯水吸收纯二氧化，则C*A,1=C*A,2=HPA,1=HPA,2(12)二氧化碳的溶解度常数，H=（kmol·m–3·Pa–1）(13)式中ρc为水的密度，kg·m–3；Mc为水的摩尔质量，kg·kmol–1；E为亨利系数，Pa。因此，（10）式可简化为**(14)又因本实验采用的物系仅遵循亨利定律，而且气

8、膜阻力可以不计.在此情况下，整个传质过程阻力都集中于液膜，即属液膜控制过程，则液侧体积传质膜系数等于液相体积传质总系数，即(15)三、实验设备空气由风机供给进入空气