化工原理实验报告

化工原理实验指导书

1、填料吸收塔实验 1、1常压填料吸收塔实验

1.1.1 实验目的

1. 了解加压常压填料塔吸收装置的基本结构及流程；

2. 掌握总体积传质系数的测定方法；

3. 测定填料塔的流体力学性能；

4. 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；

5. 掌握气相色谱仪和六通阀在线检测CO 2浓度的测量方法； 1.1.2基本原理

气体吸收是典型的传质过程之一。由于CO 2气体无味、无毒、廉价，所以气体吸收实验选择CO 2作为溶质组分是最为适宜的。本实验采用水吸收空气中的CO 2组分。一般将配置的原料气中的CO 2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CO 2在水中的溶解度很小，所以此体系CO 2气体的吸收过程属于液膜控制过程。因此，本实验主要测定K xa 和H OL 。 1）计算公式

填料层高度Z 为

OL OL x x xa

Z

N H x

x dx K L dZ z ⋅=-=

=

⎰

⎰

*

1

2

（1－1）

式中： L 液体通过塔截面的摩尔流量，kmol / (m 2

·s)；

K xa △X 为推动力的液相总体积传质系数，kmol / (m 3

·s)；

H OL 传质单元高度，m ；

N OL 传质单元数，无因次。

令：吸收因数A=L/mG （1－2）

]

)

1ln[(111

121A mx y mx y A A

N OL +----=

（1－3）

2）测定方法

（1）空气流量和水流量的测定

本实验采用转子流量计测得空气和水的流量，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。

（2）测定塔顶和塔底气相组成y 1和y 2； （3）平衡关系。

本实验的平衡关系可写成 y = mx （1－4） 式中： m m=E/P ；

E E ＝f(t)，Pa ，根据液相温度测定值由附录查得； P Pa ，取压力表指示值。 对清水而言，x 2=0,由全塔物料衡算

)()(2121x x L y y G -=- 可得x

1

。

1.1.3实验装置与流程

1〕装置流程

本实验装置流程如图1－1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，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。

阀6

图1—1 吸收装置流程图

2〕主要设备

（1）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1800mm。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。

（2）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。

（3）转子流量计：

（4）旋涡气泵：XGB—11型，风量0～90m3/h，风压14kPa；

（5）二氧化碳钢瓶；

（6）气相色谱仪（型号：SP6801）；

（7）色谱工作站：浙大NE2000。

1.1.4实验步骤与注意事项

1.1.4.1填料塔的流体力学性能测定

1）实验步骤

（1）熟悉实验流程；

（2）装置上电，仪表电源上电，打开风机电源开关；

（3）测定干塔填料塔的压降，即在进水阀1关闭时，打开进气阀2并调节流量从2、4、6、8、10m3/h、……至最大，分别读取对应流量下的压降值，注意塔底液位调节阀6要关闭，否气体会走短路，尾气放空阀4全开；

（4）测定一定喷淋量时填料塔的压降，即打开进水阀，设定一定的水流量值，如200、400、600、800l/h时，在对应的某水流量下，调节气体的流量，从2、4、6、8、10m3/h、……至最大（液泛），分别读取对应流量下的压降值，注意塔底液位调节阀6要调节液封高度，以免气体走短路，尾气放空阀4全开。

2）注意事项

（1）固定好操作点后，应随时注意微调水、空气流量调节阀以保持各量不变。

1.1.4.2填料塔的吸收传质性能测定

1）实验步骤

（1）熟悉实验流程和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；

（2）同上步骤（2）；

（3）开启进水总阀，使水的流量达到400l/h左右。让水进入填料塔润湿填料。

（4）塔底液封控制：仔细调节阀门6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。

（5）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；

（6）仔细调节空气流量阀2至4m3/h，并调节阀3来调节转子流量计的流量，使CO2流量稳定在120l/h；

（7）仔细调节尾气放空阀4的开度，直至塔中压力稳定在实验值；

（8）待塔稳定后，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；

（9）增大水流量值至600l/h、800l/h，重复步骤（6）（7）（8），测定水流量增大对传质的影响。

（10）实验完毕，关闭CO2钢瓶总阀，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。

2）注意事项

（1）固定好操作点后，应随时注意微调各流量调节阀以保持各量不变。

（2）在填料塔操作条件改变后，需要有一段的稳定时间，一定要等到稳定以后方能读取有关数据。

（3）吸收取样时尾气放空阀4不能全开，否则尾气取样可能失败。

（4）六通阀阀杆要么置于取样要么置于放空，不能置于中间，否则会导致色谱钨丝烧坏的严重事故。