填料吸收综合实验改编

填料吸收塔试验一、实验目的1.了解填料塔的流体力学性能；2.学习填料吸收塔传质单元高度HOL、体积吸收系数KXa和回收率的测定方法。二、实验内容1.观察流体在填料吸收塔中的操作状态，测定△P/Z~u关系曲线并确定液泛气速。2.测定填料吸收塔的传质单元高度及体积吸收系数。测定液膜传质系数随液体喷淋量的关系。三、实验原理吸收塔的液泛气速数据在塔的设计和操作中起着非常重要的作用，所以本实验通过测定△P/Z~u关系曲线和观察实验现象两种方法来确定“液泛气速”。吸收系数是决定吸收速率高低的重要参数，获得吸收系数绝大多数的方法是采用实验的方法。对于相同的物料系统和一定的设备（填料的类型和尺寸）。吸收系数将随着操作条件及气、液接触状况的不同而变化。CO2是难溶于水的气体，故液膜阻力控制着整个吸收过程速率的大小。所以，在其它条件不变的前提下，随着液体喷淋量的增大，吸收系数也相应增大。本实验所用气体混合物是CO2与空气混合物，用水做吸收剂。由于吸收液中CO2的浓度不高，可认为气—液平衡关系服从亨利定律，可用方程Y=mX表示；且因是常压操作，故相平衡常数m值仅是温度的函数。CO2在水中的吸收属于液膜控制，根据总传质系数的计算公式，对于液膜控制的气体吸收，其液相总传质系数和液膜传质系数近似相等，即：(1)因此，通过测定液相总传质系数KX即可测定出液膜传质系数kX。根据填料层高度的计算式：(2)式中，NOL、HOL分别可依下列公式进行计算：(3)其中，(4)mOLXXXN212121lnXXXXXmXXkKOLOLHHZ(5)式中：Z—填料层的高度，m；HOL—液相总传质单元高度，m；NOL—液相总传质单元数，无因次；X1,X2—进、出口液体中溶质组分的摩尔比，SkmolAkmol；Xm—所测填料层两端面上气相推动力的平均值；m—相平衡常数，无因次；KXa—液相总体积吸收系数，kmol/（m3·h）；L—水的摩尔流率，kmol（S）/h；Ω—填料塔截面积，m2；24D。在稳定操作的状况下，测得填料塔进出口处气、液流量及浓度后，可根据物料恒算及平衡关系计算NOL，再根据设备的尺寸及填料层高度即可计算体积吸收系数Kxa。对于液膜控制的气体吸收，液膜传质系数只和液体喷淋量有关，通过实验检测液膜吸收系数随液体喷淋量的关系。四、实验装置1.实验流程图aKLHXOL14图1填料吸收塔实验装置流程示意图1-鼓风机;2-空气流量调节阀;3-空气转子流量计;4-温度计;5-液封管;6-吸收液取样口;7-填料吸收塔;8-CO2瓶阀门;9-CO2转子流量计;10-CO2流量调节阀;11-水转子流量计;12-水流量调节阀;13-U型管压差计;14-CO2钢瓶2.实验流程介绍空气由鼓风机1送入空气转子流量计3计量，空气通过流量计处的温度由温度计4测量，空气流量由放空阀2调节，CO2由CO2瓶送出，经过CO2瓶总阀8进入CO2转子流量计9计量，CO2通过转子流量计处温度由实验时大气温度代替，其流量由阀10调节，然后进入空气管道与空气混合后进入吸收塔7的底部，水由自来水管经水转子流量计11，水的流量由阀12调节，然后进入塔顶。五、实验方法1.测量干填料层（△P/Z～u）关系曲线（1）打开调节阀2，然后启动鼓风机；（2）用阀2调节进塔的空气流量；（3）按空气流量由小到大的顺序读取填料层压强降△P、转子流量计处空气温度及空气表压强；（4）根据读数，计算△P/Z、空塔气速u；（5）在对数坐标纸上以空塔气速u为横坐标，以△P/Z为纵坐标，绘制干填料层△P/Z～u关系曲线。2.测量某喷淋量下填料层△P/Z～u关系曲线并观察液泛现象（1）调节阀11，通过转子流量计调节水喷淋量为20L/h；（2）用阀2调节进塔的空气流量；（3）按空气流量由小到大的顺序读取填料层压强降△P、转子流量计处空气温度及空气表压强；（4）注意观察塔内的操作现象，一旦看到液泛现象时，记下对应的空气流量及读数，发生液泛后仍需缓慢增加气速，再测3组△P/Z～u数据；（5）在对数坐标纸上标出液体喷淋量为20L/h下△P/Z～u关系曲线，并由图确定液泛气速，将此数据与所观察的数据进行比较。（6）改变水喷淋量，重复上述步骤，测定不同喷淋量时△P/Z～u关系曲线，观察不同喷淋量下液泛发生时对应气体流量的变化趋势。3.测定传质吸收系数（1）调节水喷淋量为30L/h；（2）选择合适的CO2流量，并根据所选CO2流量计算为保证混合气体中CO2组分浓度为0.3（摩尔分率）所需空气流量；（3）用空气流量调节阀把空气流量调至规定值处，打开CO2瓶总阀（不要开得太大），用CO2减压阀调节CO2流量至预定值；（4）在严格控制空气、CO2及水流量固定不变的条件下，稳定操作一段时间（约20分钟）之后，开始取样测定浓度并记录实验数据（包括记录各流量计读数，空气温度，塔底排出液的温度以及空气表压强，并分析塔底吸收液的浓度）。在测之前要做好取样分析浓度的各种准备；（5）二氧化碳含量的测定用移液管吸取0.05M的Ba(OH)2溶液10mL，放入具塞三角瓶中，并从塔底取样口处接收塔底溶液10mL，用胶塞塞好，并振荡。溶液中加入2～3滴酚酞指示剂，最后用0.1M的盐酸滴定到粉红色消失的瞬间为终点。记录所消耗的盐酸体积，按下式计算得出溶液中二氧化碳的浓度：（6）空气及CO2流量保持不变，加大或减小水喷淋量，重复以上操作，测定有关数据。六、实验注意事项1.开启CO2瓶总阀前，应关闭减压阀和CO2流量调节阀；2.实验时严格按照实验操作方法规定的步骤操作，以免发生事故；3.启动鼓风机前，务必先全开放空阀2；4.作分析时动作迅速，以免二氧化碳溢出。5.空气及CO2流量计需要按实际的温度、压强重新进行标定。七、实验数据表表1干填料时△P/z～u关系测定填料层高度Z=塔径D=序号填料层压强降空气转子流量计读数m3/h空气流量计处空气温度℃空气表压强mmH2O单位高度填料层压强降mmH2O/m对应空气流量m3/h空塔气速m/smmH2O123456789101112LmolVVCVCCHClHClOHBaOHBaCO/222)()(22溶液－表2湿填料时△P/z～u关系测定序号填料层压强降mmH2O空气转子流量计读数m3/h空气流量计处空气温度℃空气表压强mmH2O单位高度填料层压强降mmH2O/m对应空气流量m3/h空塔气速m/s操作现象1234567891011表3填料吸收塔传质实验数据表被吸收的气体混合物:吸收剂:填料种类:填料尺寸:填料层高度:塔内径:空气转子流量计读数,m3/h空气转子流量计处空气温度,℃流量计处空气的体积流量,m3/hCO2转子流量计读数,m3/hCO2转子流量计处温度,℃流量计处CO2的体积流量,m3/h水流量m3/hBa(OH)2的浓度,mol/l加入Ba(OH)2的体积,ml盐酸的浓度,mol/l滴定消耗盐酸的体积,ｍl滴定空白液用盐酸的体积,ｍl样品的体积,ｍl塔底液相的温度,℃相平衡常数ｍ塔底气相浓度,kmolCO2/kmol空气塔顶气相浓度,kmolCO2/kmol空气塔底液相浓度,kmolCO2/kmol水气相总传质单元数,NOG气相总传质单元高度,HOGｍ水的摩尔流量L,kmol/h液相总体积吸收系数KXa八、实验结果分析⒈将实验数据整理在数据表中，并用其中一组数据写出计算过程。⒉将Δp/Z～u的关系在双对数坐标纸上表示出来。从Δp/Z～u关系曲线中确定出液泛气速与实际观测的结果是否相符合？为什么？⒊由实验结果得出在其他不变的情况下增大水的流量，NOL、HOL、KXa如何变化？与理论分析是否一致？为什么？九、附录CO2—H2O系统平衡常数E与温度t之间的关系曲线表3二氧化碳在水中的亨利系数E×10-5，kPa气体温度，℃0510152025303540455060CO20.7380.8881.051.241.441.661.882.122.362.602.873.46