填料塔吸收操作及体积吸收系数测定..
实验七填料吸收塔的操作及吸收传质系数的测定
实验六 吸收实验(一)丙酮填料吸收塔的操作及吸收传质系数的测定一、实验目的1、了解填料吸收塔的结构和流程;2、了解吸收剂进口条件的变化对吸收操作结果的影响;3、掌握吸收总传质系数Kya 的测定方法。
二、实验内容1、测定吸收剂用量与气体进出口浓度y 1、y 2的关系;2、测定气体流量与气体进出口浓度y 1、y 2的关系;3、测定吸收剂及气体温度与气体进出口浓度y 1、y 2的关系; 三、实验原理吸收是分离混合气体时利用混合气体中某组分在吸收剂中的溶解度不同而达到分离的一种方法。
不同的组分在不同的吸收剂、吸收温度、液气比及吸收剂进口浓度下,其吸收速率是不同的。
所选用的吸收剂对某组分具有选择性吸收。
1、吸收总传质系数K y a 的测定传质速率式: N A =K y a ·V 填·△Ym (1)物料衡算式: G 空(Y 1-Y 2)=L(X 1-X 2) (2) 相平衡式: Y=mX (3)(1)和(2)式联立得: K y a=12()mG Y Y V Y -∆空填 (4)由于实验物系是清水吸收丙酮,惰性气体为空气,气体进口中丙酮浓度y 1>10%,属于高浓度气体吸收,所以: Y 1=111y y - ; Y 2= 221y y - ;G 空—空气的流量(由装有测空气的流量计测定),Kmol/m 2·h ;V 填—与塔结构和填料层高度有关; 其中:22112211ln)()(mX Y mX Y mX Y mX Y Y m -----=∆ (5)02=X ; )(211Y Y LGX -=空 ;L —吸收剂的流量(由装有测吸收剂的流量计测定), Kmol/m 2·h ; m---相平衡常数(由吸收剂进塔与出塔处装的温度计所测温度确定),吸收温度:附:流量计校正公式为:2出进t t t +=G G =, L/h (G N 为空气转子流量计读数) 单位变换:G A =空,Kmol/m 2·h ;(其中,A 为塔横截面积,PG n RT=)o L L M A=,Kmol/m 2·h ;(其中,L 0是水流量l/h ,M 0是水的摩尔质量)2、吸收塔的操作吸收操作的目标函数:y 2 或 η=影响y 2 有:1).设备因素;2).操作因素。
化工原理实验—吸收
填料吸收塔的操作及吸收传质系数的测定一、实验目的1.了解填料吸收塔的结构和流程;2.了解吸收剂进口条件的变化对吸收操作结果的影响; 3.掌握吸收总传质系数K y a 的测定方法 4. 学会使用GC二、实验原理吸收操作是分离气体混合物的方法之一,在实际操作过程中往往同时具有净化与回收双重目的。
因而,气体出口浓度y 2是度量该吸收塔性能的重要指标,但影响y 2的因素很多,因为吸收传质速率N A 由吸收速率方程式决定。
(一). 吸收速率方程式:吸收传质速率由吸收速率方程决定 : m y A y aV K N ∆=填 或 m y A y A K N ∆= 式中: Ky 气相总传系数,mol/m 3.s ; A 填料的有效接触面积,m 2; Δy m 塔顶、塔底气相平均推动力, V 填 填料层堆积体积,m 3;K y a 气相总容积吸收传质系数,mol/m 2.s 。
从前所述可知,N A 的大小既与设备因素有关,又有操作因素有关。
(二).影响因素: 1.设备因素:V 填与填料层高度H 、填料特性及放置方式有关。
然而,一旦填料塔制成,V 填就为一定值。
2.操作因素:a .气相总容积吸收传质系数K y a根据双膜理论,在一定的气温下,吸收总容积吸收传质系数K y a 可表示成:ak m a k a K x y y +=11 又有文献可知:a y G A a k ⋅=和b x L B a k ⋅=,综合可得b a y L G C a K ⋅=,显然K y a 与气体流量及液体流量均有密切关系。
比较a 、b 大小,可讨论气膜控制或液膜控制。
b .气相平均推动力Δy m将操作线方程为:22)(y x x GLy +-=的吸收操作线和平衡线方程为:y =mx 的平衡线在方格纸上作图,从图5-1中可得知: 2121ln y y y y y m ∆∆∆-∆=∆图5-1 吸收操作线和平衡线其中 ;11*111mx y y y y -=-=∆,22*222mx y y y y -=-=∆,另外,从图5-1中还可看出,该塔是塔顶接近平衡。
填料吸收塔的操作和吸收系数的测定
(4)标准状态下氨气的体积流量V0NH3
V0 NH 3
VNH3
T0 p0
0空 p2 p1 0NH3 T2 T1
(5)
式中,V0NH3 为转子流量计的指示值,m3/h;T0,、p0 为标准状态下空气的温度和压强,273K、
101.33kPa;T1、p1 为标准状态下空气的温度和压强,273K、101.33kPa;T2、p2 为操作状态
V0
V空
T0 p0
p1 p2 T1T2
(4)
式中,V0 空为标准状态下空气的体积流量,m3/h;V 空为转子流量计的指示值,m3/h;T0,、 p0 为标准状态下空气的温度和压强,273K、101.33kPa;T1、p1 为标准状态下空气的温度和 压强,273K、101.33kPa;T2、p2 为操作状态下温度和压强,K、Pa。
2.主要设备及尺寸 (1)填料塔
填料吸收塔仿真实验界面
-4-
有机玻璃塔内径:D=120mm;填料层高度:Z=800mm~900mm;填料:不锈钢θ网环 及陶瓷拉西环;规格:Φ8,Φ10,Φ15。
(2)DC—4 型微音气泵一台。 (3)LZB40 气体流量计,流量范围 0~60m3/h,数量一个;LZB15 气体流量计,流量 范围 0~2.5m3/h,数量一个;LZB15 气体流量计,流量范围 0~160m3/h,数量一个。 (4)LML—2 型湿式气体流量计,容量 5L,数量一台。 (5)水银温度计,规格 0~100℃,数量三只。
nNH3 2 MH2SO4 VH2SO4 103
(7)
式中, M H2SO4 为硫酸的摩尔浓度,mol/L;VH2SO4 为硫酸溶液体积,mL。
-2-
n空
(V空
吸收实验—填料塔吸收传质系数的测定.
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:h=⎰h0dh=LKXaΩ⎰XbdXX-X*Xa=HOL⋅NOL A=LmV,则:NOL=11-Aln[(1-A)Yb-mXaYb-mXb+A]令:吸收因数HOL=LKxaΩ=hNOLKXa=LHOLΩ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V(Yb-Ya)=L(Xb-Xa),可得Xb。
实验十二吸收塔的操作及吸收传质系数的测定
YY 1Y 2XX 1X 2图12-1 吸收操作线和平衡线操作线22()LY X X Y G=-+ 平衡线Y=mX实验十二 填料吸收塔的操作及吸收传质系数的测定一、实验目的1、了解填料吸收塔的结构和流程。
2、了解吸收剂进口条件的变化对吸收操作结果的影响。
3、掌握吸收总体积传质系数a K y 和a K x 的测定方法。
二、基本原理1、测气相总体积传质系数的原理气相总体积传质系数由填料层高度公式决定12Y mY Y VZ K a Y -=⋅Ω∆ (12-1) **1122*11*22()()()ln ()m Y Y Y Y Y Y Y Y Y ---∆=-- (12-2) 式中y K 气相总传质系数,mol/m 2·h ;m Y ∆塔顶、塔底气相平均推动力;a 填料的有效比表面积,m 2/m 3;a K y 气相总体积吸收传质系数,mol/m 3·h 。
(1)Z ――填料层高度m ,根据所装填料的高度直接测量。
(2)Ω――塔截面积m 2,24D πΩ=,而D 塔径为已知。
(3)V ――情性气体摩尔流量(空气)mol/ h ,根据理想气体状态方程可知:vpq V RT =,p――压力Pa ,压力表测量空气压力;q v ――体积流量m 3/h ,转子流量计测量(注意读数为实验条件20℃、1atm 下的,可直接利用公式进行计算,如果用操作条件则需要进行换算,其依据为'v v q q =;T ――空气温度K ,温度计测量。
(4)Y 1――1111y Y y =-,稳定操作后(各仪表读数恒定5min )测量气体进口浓度(丙酮的摩尔分率),取样后采用气相色谱仪分析,测得的是丙酮的质量分率。
(5)Y 2――2221y Y y =-,稳定操作后(各仪表读数恒定5min )测量气体出口浓度(丙酮的摩尔分率),取样后采用气相色谱仪分析,测得的是丙酮的质量分率。
(6)气相平均推动力m Y ∆将吸收操作线和平衡线在坐标纸上作图,如图12-1所示在平衡线为直线或近似为直线时,操作线与平衡线之间的垂直距离即为塔顶与塔底气相推动力。
填料吸收塔的操作和吸收系数的测定
因本实验采用的物系不仅遵循亨利定律,而且气 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
表3(1)填料吸收塔传质实验数据表(一) 被吸收的气体: 纯CO2; 吸收剂:水; 塔内径:35mm 塔类型 吸收塔 Ø环 填料种类 填料尺寸 (m) 4x10 填料层高度 (m) 0.65 CO2转子流量计读数 m3/h 0.200 CO2转子流量计处温度 ℃ 25.6 流量计处CO2的体积流量 m3/h 0.156 水转子流量计读数 30.0 水流量 30.0 中和CO2用Ba(OH)2的浓度 M mol/l 0.1 中和CO2用Ba(OH)2的体积 ml 10 滴定用盐酸的浓度 M mol/l 0.1
15.60 19.40 10 25.6 1.637252 0.01529 0.00209 3.39322 3.4382 0.0251 0.0073
填料吸收塔的操作和吸收系数
的测定
史 玉 琳
二 o 一五 年 六 月
一、实验目的
1.了解填料吸收塔的结构、性能和特点,练习 并掌握填料塔操作方法;通过实验测定数据的 处理分析,加深对填料塔流体力学性能基本理 论的理解,加深对填料塔传质性能理论的理解。 2.掌握填料吸收塔传质能力和传质效率的测定 方法,练习对实验数据的处理分ห้องสมุดไป่ตู้。
二、实验内容 1.测定填料层压强降与操作气速的关系,确定 在一定液体喷淋量下的液泛气速。 2进行纯水吸收二氧化碳、空气解吸水中二氧化 碳的操作练习,同时测定填料塔液侧传质膜系数 和总传质系数。
三、实验原理: 气体通过填料层的压强降
液泛区
L3 > L2 > L1 L0 =
0
填料塔吸收操作及体积吸收系数的测定
填料塔吸收操作及体积吸收系数的测定课程名称:过程⼯程原理实验(甲)指导⽼师:成绩:实验名称:填料塔吸收操作及体积吸收系数的测定实验类型:同组学⽣姓名:⼀、实验⽬的和要求(必填)⼆、实验内容和原理(必填)三、主要仪器设备(必填)四、操作⽅法和实验步骤五、实验数据记录和处理六、实验结果与分析(必填)七、讨论、⼼得⼀、实验⽬的1. 了解填料吸收塔的构造并熟悉吸收塔的操作。
2. 观察填料吸收塔的液泛显现,测定泛点空塔⽓速。
3. 测定填料层压降ΔP与空塔⽓速u的关系曲线。
4. 测定含氨空⽓—⽔系统的体积吸收系数K Yα。
⼆、实验装置1.本实验装置的流程⽰意图见图1。
主体设备是内径70毫⽶的吸收塔,塔内装10×9×1陶瓷拉西环填料。
2.物系是(⽔—空⽓—氨⽓)。
惰性⽓体空⽓由旋涡⽓泵提供,氨⽓由液氨钢瓶供应,吸收剂⽔采⽤⾃来⽔,它们的流量分别通过转⼦流量计测量。
⽔从塔顶喷淋⾄填料层与⾃下⽽上的含氨空⽓进⾏吸收过程,溶液由塔底经液封管流出塔外,塔底有液相取样⼝,经吸收后的尾⽓由塔顶排⾄室外,⾃塔顶引出适量尾⽓,⽤化学分析法对其进⾏组成分析。
图1 填料塔吸收操作及体积吸收系数测定实验装置流程⽰意图三、基本原理(⼀)填料层压⼒降ΔP 与空塔⽓速u 的关系⽓体通过⼲填料层时(喷淋密度L =0),其压⼒降ΔP 与空塔⽓速u 的关系曲线呈直线,此直线斜率约为1.8,与⽓体以湍流⽅式通过管道时ΔP 与u 的关系相仿。
若有液体喷淋下来,当⽓速在载点L 点以下时,在⼀定喷淋密度下,由于持液量增加⽽使空隙率减⼩,使得填料层的压降随之增加,⼜由于此时⽓体对液膜的流动⽆明显影响,在⼀定喷淋密度下,持液量不随⽓速变化,故其ΔP ~u 关系与⼲填料相仿。
在⼀定喷淋密度下,⽓速增⼤⾄⼀定程度时,随⽓速增⼤,液膜增厚,即出现“拦液状态”,此时⽓体通过填料层的流动阻⼒剧增,此点称为“载点”;若⽓速继续加⼤,喷淋液的下流严重受阻,使积聚的液体从填料表⾯扩展到整个填料层空间,谓之“液泛状态”,此时⽓体的流动阻⼒急剧增加,此点即为泛点,与之相对应的⽓速称为泛点⽓速。
填料吸收塔的操作及吸收传质系数的测定解读
实验装置流程示意图
流程简介:
由空气压缩机1提供的空气,经压力定值器2 定值为2×104Pa,并经转子流量计4计量后,进 入内盛丙酮的丙酮汽化器5,产生丙酮和空气的 混合气,混合气从输气管道由塔底进入填料吸收 塔7,在塔内同自塔顶喷下的水逆流接触,被吸 收掉其中大部分丙酮后,从塔顶部气体出口9排 出。由恒压高位槽 13 底部流出的吸收剂(水), 经转子流量计 15 计量,流经电加热器 16 ,由塔 顶喷入吸收塔,吸收了空气中的丙酮后,由塔底 经液封装置11排入吸收液贮罐。
实验步骤(2)
6、调节空气流量计调节流量为400L/h,液体流 量为3L/h,注意稳定塔内压力,空压机压力及 保持塔底液位高度60%。 7、用气相色谱分析混合气中丙酮的进口浓度。 当平行实验误差小于5%时,即认为实验条件已 基本稳定。 8、在稳定操作条件下测定气体的进口、出口浓 度。并随时记录气体、塔顶和塔底的温度。
式中:G---气相流量(kmol/h); Y1、Y2---气相进、出塔浓度。
(2)气相平均推动力
可取塔底与塔顶推动力的对数平均值,
即
Y1 Y2 Ym ln(Y1 Y2 )
Y1 Y1 Y1* Y1 mX1
Y2 Y2 Y2* Y2 mX2
(3)气相总体积传质系数
吸收剂进口浓度对吸收的影响
调节吸收剂进口浓度X A,2是控制 和调节吸收效果的又一重要手段。 吸收剂进口浓度X A,2 降低,液相进口 处的推动力增大,全塔平均推动力 也会随之增大,这有利于吸收过程 吸收率的提高。
吸收剂入口温度对吸收的影响
吸收剂入口温度对吸收过程影响 也很大,这也是控制和调节吸收操作 的一个重要因素。降低吸收剂的温度, 使气体的溶解度增大,相平衡常数减 小,平衡线下移,平均推动力增大, 使吸收效果变好。
填料塔体积吸收系数的测定
5
5
河北化药学院化原教研室
Y1 Y2 Y1
3
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河北化药学院化原教研室
⊙ 数据处理过程
K Xa
L( X 1 X 2 ) Z S X 均
, Z为填料层高度 m 2 S为塔内截面积 m , L为液相流量 km ol/ h ,
* (X1 - X1 ) - (X* - X 2 ) 2 X均 * (X1 - X1 ) ln * (X2 - X 2 )
填料塔体积吸 收系数的测定
——CO2吸收率Φ和KXa的测定
1
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河北化药学院化原教研室
请参考《单元操作实训》P81 和教材“填料层高度的计算”内容
⊙ 实验报告要求
在明确吸收实验目的的基础上,实验报告的 书写设计在吸收—解吸实训报告的基础上提炼。 除目的、原理、设备简介和简易流程和简易操作 步骤外,须有计算过程(以一组数据为例)、处 理结果和讨论等。
X2 0
y Y 1 y
E为亨利系数 , 查教材 p为操作压力 , 视常压
Y X m
*
E m p
V X1 (Y1 - Y2 ) X 2 L V为气相流量, km ol/ h
y1和y 2分别为混合气 体进塔组成 m ol/ m ol ,
4
4
河北化药学院化原教研室
⊙ 实验操作及数据记录 数据记录同实训操作过程记录,吸收剂流量为 300L/h和500L/h, CO2组成为10%。
⊙ 实验最终目标结果
计算两个吸收剂流量下CO2被水吸收的吸收率 φ和填料塔的液相体积吸收系数KXa(kmol/m3· h), 将计算过程和最终结果在报告中体现。
填料吸收塔传质系数的操作及吸收塔的操作
填料吸收塔传质系数的操作及吸收塔的操作◆ 5.1 实验内容(返回)分别改变吸收剂的流量、温度和气体的流量,观察实验现象,测定气体的进、出口浓度和吸收剂的进、出口温度,计算回收率η,传质推动力Δym和传质系数Kya。
通过对实验数据的处理,分析气、液相流量变化和吸收剂温度改变对于吸收传质效果的影响。
◆ 5.2 实验目的(返回)(1) 了解填料吸收塔的一般结构和工业吸收过程流程;(2) 掌握吸收总传质系数Kya的测定方法;(3) 考察吸收剂进口条件的变化对吸收效果的影响;(4) 了解处理量变化对吸收效果的影响。
◆ 5.3基本原理(返回)5.3.1 概述吸收过程是依据气相中各溶质组分在液相中的溶解度不同而分离气体混合物的单元操作。
在化学工业中,吸收操作广泛地用于气体原料净化、有用组分的回收、产品制取和废气治理等方面。
在吸收过程研究中,一般可分为对吸收过程本身的特点或规律进行研究和对吸收设备进行开发研究两个方向。
前者的研究内容包括吸收剂的选择、确定影响吸收过程的主要因素、测定吸收速率等,研究的结果可为吸收过程工艺设计提供依据,或为过程的改进及强化提供方向;后者研究的重点为开发新型高效的吸收设备,如新型高效填料、新型塔板结构等。
吸收通常在塔设备内进行,工业上尤以填料塔用得普遍。
填料塔一般由以下几部分构成:(1)圆筒壳体;(2)填料;(3)支撑板;(4)液体预分布装置;(5)液体再分布器;(6)捕沫装置;(7)进、出口接管,等等。
其中,塔内放置的专用填料作为气液接触的介体,其作用是使从塔顶流下的流体沿填料表面散布成大面积的液膜,并使从塔底上升的气体增强湍动,从而为气液接触传质提供良好条件。
液体预分布装置的作用是使得液体在塔内有一良好的均匀分布。
而液体在从塔顶向下流动的过程中,由于靠近塔壁处空隙大,流体阻力小,液体有逐渐向塔壁处汇集的倾向,从而使液体分布变差。
液体再分布器的作用是将靠近塔壁处的液体收集后再重新分布。
浙江大学化工基础原理实验-填料塔吸收实验报告
实验报告课程名称:过程工程原理实验(乙)指导老师:叶向群成绩:__________________ 实验名称:吸收实验实验类型:工程实验同组学生姓名:一、实验目的和要求(必填)二、实验内容和原理(必填)三、主要仪器设备(必填)四、操作方法和实验步骤五、实验数据记录和处理六、实验结果与分析(必填)七、讨论、心得填料塔吸收操作及体积吸收系数测定1 实验目的:1.1 了解填料吸收塔的构造并熟悉吸收塔的操作;1.2 观察填料塔的液泛现象,测定泛点空气塔气速;1.3 测定填料层压降ΔP与空塔气速u的关系曲线;1.4 测定含氨空气—水系统的体积吸收系数K y a。
2 实验装置:2.1 本实验的装置流程图如图1:专业:姓名:学号:日期:2015.12.26地点:教十21092.2物系:水—空气—氨气。
惰性气体由漩涡气泵提供,氨气由液氮钢瓶提供,吸收剂水采用自来水,他们的流量分别通过转子流量计。
水从塔顶喷淋至调料层与自下而上的含氮空气进行吸收过程,溶液由塔底经过液封管流出塔外,塔底有液相取样口,经吸收后的尾气由塔顶排至室外,自塔顶引出适量尾气,用化学分析法对其进行组成分析。
3 基本原理:实验中气体流量由转子流量计测量。
但由于实验测量条件与转子流量计标定条件不一定相同,故转子流量计的读数值必须进行校正。
校正方法如下:3.2 体积吸收系数的测定3.2.1相平衡常数m对相平衡关系遵循亨利定律的物系(一般指低浓度气体),气液平衡关系为:相平衡常数m与系统总压P和亨利系数E的关系如下:式中:E—亨利系数,PaP—系统总压(实验中取塔内平均压力),Pa亨利系数E与温度T的关系为:lg E= 11.468-1922 / T式中:T—液相温度(实验中取塔底液相温度),K。
根据实验中所测的塔顶表压及塔顶塔底压差△p,即可求得塔内平均压力P。
根据实验中所测的塔底液相温度T,利用式(4)、(5)便可求得相平衡常数m。
3.2.2 体积吸收常数体积吸收常数是反映填料塔性能的主要参数之一,其值也是设计填料塔的重要依据。
填料塔压降曲线和吸收系数的测定
填料塔压降曲线和吸收系数的测定姓名:陈晨班级:05310701学号:实验时间:2010年4月14号同组:陈咪梓,吴松娉1.实验目的①了解填料吸收塔的结构、性能、基本流程与操作。
②熟悉填料式传质设备的流体力学性能。
③掌握总传质单元高度和总体积传质系数的测定方法。
2.实验原理填料塔通常采用圆柱形塔体,在塔内,填料装填在带孔的支撑板上形成填料层,装填方式多种多样,一般可采用“乱堆”方式。
气体一般由塔的下放进入,通过支撑板向上通过填料层;液体入塔后通过塔上方的分布器均匀喷洒在填料层上,在填料表面形成液膜,与通过床层缝隙向上流动的气体进行接触,完成传质。
填料塔传质性能好坏与操作条件密切相关,该方面性能的直接体现就是填料塔的流体力学特性,包括填料层压强降和液泛规律。
气体通过填料层的压降p∆与空塔气速u的关系可表示为n∆(错误!文档中没有指定样式的文p=u字。
-1)在双对数坐标中p∆-u应为一条直线,直线斜率为n。
p∆-u关系曲线受喷淋密度影响,对干填料层,n 值为1.8~2.0,在有喷淋液时,随喷淋量增加,n 值增加,最大可达到10左右。
在n 取值较大时,随空塔气速增加,床层压降迅速增加,直至造成液泛,破坏操作。
测定填料层p ∆-u 曲线成为控制操作气速和喷淋密度的必要前提。
填料塔在特定条件下的吸收能力可以填料层的体积吸收系数表示。
在满足低浓度吸收假定,塔正常逆流操作时,填料层高度H 的计算式可分别表示为: my OG OG y y y a K G N H H ∆出入-⋅=⋅= (错误!文档中没有指定样式的文字。
-2)mx OL OL x x x a K L N H H ∆入出-⋅=⋅= (错误!文档中没有指定样式的文字。
-3)式中:G — 通过单位面积床层的气体流量(气流密度),()s m kmol 2⋅L — 通过单位面积床层的液体流量(液流密度),()s m kmol 2⋅入y 、出y — 入、出塔的气相摩尔分率,无因次入x 、出x — 入、出塔的液相摩尔分率,无因次OG H 、OL H — 气、液相传质单元高度,mOG N 、OL N — 气、液相传质单元数,无因次a K y 、a K x — 气、液相体积传质系数,()s m kmol 3⋅ 计算式中im y ∆、m x ∆分别为气相或液相传质平均推动力,其计算式为:出入出入y y ln y y y m ∆∆∆∆∆-= (错误!文档中没有指定样式的文字。
填料塔吸收操作及体积吸收系数的测定
课程名称:过程工程原理实验指导老师:叶向群成绩:实验名称:填料塔吸收操作及体积吸收系数的测定实验类型:工程实验同组学生姓名:一、实验目的和要求(必填)二、实验内容和原理(必填)三、主要仪器设备(必填)四、操作方法和实验步骤五、实验数据记录和处理六、实验结果与分析(必填)七、讨论、心得一、实验目的1.了解填料吸收塔的构造并熟悉吸收塔的操作。
2.观察填料吸收塔的液泛显现,测定泛点空塔气速。
3.测定填料层压降ΔP与空塔气速u的关系曲线。
4.测定含氨空气—水系统的体积吸收系数K Yα。
二、实验装置1.本实验装置的流程示意图见图5-1。
主体设备是内径70毫米的吸收塔,塔内装10×9×1陶瓷拉西环填料。
2.物系是(水—空气—氨气)。
惰性气体空气由漩涡气泵提供,氨气由液氨钢瓶供应,吸收剂水采用自来水,它们分别通过转子流量计测量。
水葱塔顶喷淋至填料层与自下而上的含氨空气进行吸收过程,溶液由塔底经液封管流出塔外,塔底有液相取样口,经吸收后的尾气由塔顶排至室外,自塔顶引出适量尾气,用化学分析法对其进行组成分析。
1—填料吸收塔2—旋涡气泵3—空气转子流量计4—液氨钢瓶5—氨气压力表6—氨气减压阀7—氨气稳压罐8—氨气转子流量计9—水转子流量计10—洗气瓶11—湿式流量计12—三通旋塞13、14、15、16—U型差压计17、18、19—温度计20—液位计图5-1填料塔吸收操作及体积吸收系数测定实验装置流程示意图三、基本原理(一)填料层压力降ΔP与空塔气速u的关系气体通过干填料层时(喷淋密度L=0),其压力降ΔP与空塔气速u如图6中直线A所示,此直线斜率约为1.8,与气体以湍流方式通过管道时ΔP与u的关系相仿。
如图6可知,当气速在L点以下时,在一定喷淋密度下,由于持液量增加而使空隙率减小,使得填料层的压降随之增加,又由于此时气体对液膜的流动无明显影响,在一定喷淋密度下,持液量不随气速变化,故其ΔP~u关系与干填料相仿。
化工原理实验——填料吸收实验
实验六填料塔流体力学特性实验一、实验目的1、了解填料塔的构造、流程及操作2、了解填料塔的流体力学性能。
3、学习填料吸收塔传质能力和传质效率的测定方法。
4、掌握以 Y为推动力的总体积吸收系数K Y a的测定方法。
二、实验内容(一)、填料塔流体力学性能测定1、测量干填料层(ΔP/Z)-u关系曲线2、测量某喷淋量下填料层(ΔP/Z)-u关系曲线:选择液相流量,在该液相流量下于最小和最大气体流量之间选择不同的值测定塔的压降,得到塔压降与空塔气速的关系,确定出液泛气速。
(二)传质实验:固定液相流量和入塔混合气氨的浓度,在液泛速度以下取两个相差较大的气相流量,分别测量塔的传质能力(传质单元数和回收率)和传质效率(传质单元高度和总体积吸收系数)。
三、实验装置(一)、实验装置流程及示意图空气由鼓风机送入空气转子流量计,空气通过流量计处的温度由温度计测量,空气流量由放空阀调节。
氨气由氨瓶送出,经过氨瓶总阀进入氨气转子流量计,氨流量由流量计调节,氨气通过转子流量计处温度由实验时大气温度代替。
氨气进入空气管道与空气混合后进入吸收塔底部。
水由自来水管经水转子流量计进入塔顶,水的流量由水转子流量计调节。
分析塔顶尾气浓度时靠降低水准瓶的位置,将塔顶尾气吸入吸收瓶和量气管。
•在吸入塔顶尾气之前,予先在吸收瓶内放入5mL已知浓度的硫酸用于吸收尾气中氨。
塔底吸收液可用三角瓶于塔底取样口取样。
填料层压降用U形管压差计测定。
鼓风机氨瓶总阀自来水吸收液取样口液封管填料塔温度计空气转子流量计氨转子流量计水转子流量计氨流量调节阀水流量调节阀U型管压差计吸收瓶量气管水准瓶仪表盘填料吸收塔实验装置流程示意图放空阀图1 填料吸收塔实验流程示意图(第一套)图2 填料吸收塔实验流程示意图(第二套)1-鼓风机;2-空气流量调节阀;3-空气转子流量计;4-空气温度;5-液封管;6-吸收液取样口;7-填料吸收塔;8-氨瓶阀门;9-氨转子流量计;10-氨流量调节阀;11-水转子流量计;12-水流量调节阀;13-U 型管压差计;14-吸收瓶;15-量气管;16-水准瓶;17-氨气瓶;18-氨气温度;20-吸收液温度;21-空气进入流量计处压力。
填料吸收塔的操作及吸收传质系数的测定
实验基本原理
1.气液相平衡关系 2.吸收速率方程式 3.全塔物料衡算和操作线方程 4.填料吸收塔的操作和调节
1.气液相平衡关系
大多数气体物质A溶解形成稀溶液时,稀溶液 上方溶质A的平衡分压p*A与其在溶液中的摩尔分数 xA成正比: p*A=ExA
这就是亨利定律。式中E为亨利系数(kPa)。 若气相组成也用平衡摩尔分数y*表示,则上式 可写为: y*=ExA/p总 令m=E/p总,则y*=mxA
吸收剂进口浓度对吸收的影响
调节吸收剂进口浓度X A,2是控制 和调节吸收效果的又一重要手段。 吸收剂进口浓度X A,2 降低,液相进口 处的推动力增大,全塔平均推动力 也会随之增大,这有利于吸收过程 吸收率的提高。
吸收剂入口温度对吸收的影响
吸收剂入口温度对吸收过程影响 也很大,这也是控制和调节吸收操作 的一个重要因素。降低吸收剂的温度, 使气体的溶解度增大,相平衡常数减 小,平衡线下移,平均推动力增大, 使吸收效果变好。
4.作 KY,a ~ L 和 ~ L 关系图。
YA,1 YA,2 100%
YA,1
Ym
Y1 Y2 ln(Y1 Y2 )
Y1 Y1 Y1* Y1 mX 1 Y2 Y2 Y2* Y2 mX 2
K y,a
NA V填 Ym
式中:m---相平衡常数,量纲为1。
吸收过程中,由于溶液和气体的总量在不断变化,
使得吸收过程的计算比较复杂。为了简便起见,工程计
算中采用在吸收过程中数量不变的气体(如空气)和纯
吸收剂为基准,用物质的量之比(也称为比摩尔分数)
来表示气相和液相中吸收质A的含量,并分别用YA和XA表 示。平衡时,其关系式为:
实验七吸收分析解析
A2 A1
u
图7-1 压降与气速关系图
当气速增大至一定程度时,随气速增大, 液膜也增厚,即出现“拦液状态”(如图7-1 中A1点以上),此时气体通过填料层的流动 阻力剧增;若气速继续加大,喷淋液的下流 严重受阻,使积聚的液体从填料表面扩展到 整个填料层空间,谓之“液泛状态”(如图 7-1中B1点),此时气体的流动阻力急剧增 加。图中B点即为泛点,与之相对应的气速 称为泛点气速。填料塔在液泛状态下操作, 气液接触面积可达最大,其传质效率最高。 但操作最不稳定,通常实际操作气速取泛点 气速的60~80%。
填 料 吸 收 塔 废 液 温 度 计 空 气 流 量 计
空 气 温 度 计
氨减压阀
3 1 Kp a 5
氨 气 流 量 计
水 流 量 计
氨 气 差 压 计
空 气 差 压 计
全 塔 差 压 计 尾气 温度计
塔 顶 差 压 计 氨 温度计 氨 气 缓 冲 瓶 液 氨 钢 瓶
排 污 口
液面控制阀门
三通旋塞
风机
洗气瓶
湿式流量计
自来水进
三、原理和方法
(一)、填料层压力降P与空塔气速u的关 系 气体通过干填料层时(喷淋密度L=0), 其压力降P与空塔气速u的关系如图7-1中 直线L所示,此直线斜率约为1.8,与气体 以湍流方式通过管道时P与u 的关系相仿。
L2 L1 L=0 B2 Δ p/Z B1
(一)观察拦液和液泛现象记录表
喷淋密度______________(l/h)
空气流量 (m3/h)
空气压力 (cmCCl4)
空气温度
(0C)
塔顶底压差(cmH2O)
观察结果:拦液点空气流量 液泛点空气流量 (m3/h)
填料塔吸收操作及体积吸收系数测定
课程名称:过程工程原理实验(甲)指导老师:成绩:__________________实验名称:填料塔吸收操作及体积吸收系数测定实验类型:工程实验同组学生:_一、实验目的和要求(必填)二、实验容和原理(必填)三、主要仪器设备(必填)四、操作方法和实验步骤五、实验数据记录和处理六、实验结果与分析(必填)七、讨论、心得1 实验目的:1.1 了解填料吸收塔的构造并熟悉吸收塔的操作;1.2 观察填料塔的液泛现象,测定泛点空塔气速;1.3 测定填料层压降∆p与空塔气速u的关系曲线;1.4 测定含氨空气—水系统的体积吸收系数K y a。
2 实验装置:2.1 本实验的装置流程图如图1:主体设备是径为70mm的吸收塔,塔装10*9*1瓷拉西环填料。
2.2物系:水—空气—氨气。
惰性气体由漩涡气泵提供,氨气由液氮钢瓶提供,吸收剂水采用自来水,它们的流量分别通过转子流量计测定。
水从塔顶喷淋至调料层与自下而上的含氨空气进行吸收过程,溶液由塔底经过液封管流出塔外,塔底有液相取样口,经吸收后的尾气由塔顶排至室外,自塔顶引出适量尾气,用化学分析法对其进行组成分析。
3 基本原理:3.1.填料塔压力降p ∆与空塔气速u 的关系填料塔的压力降与泛点气速是填料塔设计与操作的重要流体力学参数。
气体通过填料层的压力降将随气液流量的变化而改变。
填料层的压力降p ∆与空塔气速u 的关系如图2所示。
当无液体喷淋(L=0)时, p ∆~u 关系在双对数坐标中为一斜率在1.8~2.0之间的直线,如图2中AB 线。
当液体喷淋密度达到一定值(如1L L =)后,液体以液膜状流经填料表面, p ∆~u 关系如图2中A 1B 1C 1D 1线所示,由两个转折点B 1、C 1分为三个区段。
其中第一区段A 1B 1为恒持液区,在此区段中空塔气速较低,气体流速对填料表面上覆盖的液膜厚度无明显影响,填料层的持液量与空塔气速无关,仅随喷淋量的增加而增大。
此区段的p ∆~u 关系线与AB 线平行,由于持液使填料层空隙率减小,故压降高于相同空塔气速下的干塔压降。
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实验报告课程名称: 过程工程原理实验(乙) 指导老师: 成绩:__________________ 实验名称: 填料塔吸收操作及体积吸收系数测定 同组学生姓名: 实验类型: 传质实验一、实验目的和要求(必填) 二、实验内容和原理(必填) 三、实验材料与试剂(必填) 四、实验器材与仪器(必填) 五、操作方法和实验步骤(必填) 六、实验数据记录和处理 七、实验结果与分析(必填) 八、讨论、心得一.实验目的1.了解填料吸收塔的构造并熟悉吸收塔的操作;2.观察填料吸收塔的液泛显现,测定泛点空塔气速;3.测定填料层压降ΔP 与空塔气速u 的关系曲线;4.测定含氨空气—水系统的体积吸收系数K Y a 。
二.实验原理(一)填料层压力降ΔP 与空塔气速u 的关系气体通过干填料层时(喷淋密度L =0),其压力降ΔP 与空塔气速u 如图6中直线A 所示,此直线斜率约为1.8,与气体以湍流方式通过管道时ΔP 与u 的关系相仿。
如图6可知,当气速在L 点以下时,在一定喷淋密度下,由于持液量增加而使空隙率减小,使得填料层的压降随之增加,又由于此时气体对液膜的流动无明显影响,在一定喷淋密度下,持液量不随气速变化,故其ΔP ~u 关系与干填料相仿。
在一定喷淋密度下,气速增大至一定程度时,随气速增大,液膜增厚,即出现“拦液状态”(如图6中L 点以上),此时气体通过填料层的流动阻力剧增;若气速继续加大,喷淋液的下流严重受阻,使极具的液体从填料表面扩展到整个填料层空间,谓之“液泛状态”(如图6中F 点),此时气体的流动阻力急剧增加。
图6中F 点即为泛点,与之相对应的气速称为泛点气速。
原料塔在液泛状态下操作,气液接触面积可达最大,其传质效率最高。
但操作最不稳定,通常实际操作气速取泛点气速的60%~80%。
塔内气体的流速以其体积流量与塔截面积之比来表示,称之为空塔气速u 。
Ω='V u ···································(1) 式中: u —— 空塔气速,m/s V ’—— 塔内气体体积流量,m 3/sΩ—— 塔截面积,m 2。
实验中气体流量由转子流量计测量。
但由于实验测量条件与转子流量计标定条件不一定相同,故转子流量计的读数值必须进行校正,校正方法详见附录四。
填料层压降ΔP 直接可由U 型压差计读取,再根据式(1)求得空塔气速u ,便可得到一系列ΔP ~u 值,标绘在双对数坐标纸上,即可得到ΔP ~u 关系曲线。
(二)体积吸收系数K Y α的测定1.相平衡常数m对相平衡关系遵循亨利定律的物系(一般指低浓度气体),气液平衡关系式为:mx y =* (2)相平衡常数m 与系统总压P 和亨利系数E 的关系如下:PEm =··································(3) 式中: E —— 亨利系数,Pa ;P —— 系统总压(实验中取塔内平均压力),Pa 。
亨利系数E 与温度T 的关系为:1922lg 11.468E T =-···························(4) 式中:T ——液相温度(实验中取塔底液相温度),K 。
根据实验中所测的塔顶表压及塔顶塔底压差ΔP ,即可求得塔内平均压力P 。
根据实验中所测的塔底液相温度T ,利用式(3)、(4)便可求得相平衡常数m 。
2.体积吸收系数K Y α体积吸收系数K Y α是反映填料吸收塔性能的主要参数之一,其值也是设计填料塔的重要依据。
本实验中属于低浓度气体吸收,近似取Y ≈y ,X ≈x 。
吸收速率方程式为:m Y A Y h a K G ∆⋅⋅Ω⋅=则mAY Y h G a K ∆⋅⋅Ω= (5)式中:K Y α——气相体积吸收系数,kmol/m 3·h ;α——单位体积填料层所提供的有效接触面积,m 2/m 3; G A ——单位时间内NH 3的吸收量,kmol/h ; Ω——塔截面积,m 2; h ——填料层高度,m ;ΔY m ——吸收推动力,气相对数平均浓度差。
为求得K Y α,需求取G A 及ΔY m 。
(1)被吸收的NH 3量G A ,可由物料衡算求得:)()(2121X X L Y Y V G A -=-= (6)式中:V ——惰性气体空气的流量,kmol/h ; L ——吸收剂水的流量,kmol/h ;Y 1——进塔气相的组成,比摩尔分率,kmol(A)/kmol(B); Y 2——出塔气相(尾气)的组成,比摩尔分率,kmol(A)/kmol(B); X 1——出塔液相的组成,比摩尔分率,kmol(A)/kmol(B);X 2——进塔液相的责成,本实验中为清水吸收,X 2=0。
(a )进塔气相浓度Y 1的确定VV Y A=1·······························(7) 式中:V A ——氨气的流量,kmol/h 。
根据实验中转子流量计测取的空气和氨气的体积流量和实际测量状态(压力、温度),对其刻度流量进行校正而得到其实际体积流量,再由气体状态方程得到空气和氨气的摩尔流量,并由式(7)可求取进塔气相组成Y 1。
(b )出塔气相(尾气)组成Y 2的确定用移液管移取V a ml 浓度为M a 的标准H 2SO 4溶液置于吸收瓶中,加入适量去离子水机2—3滴溴百里酚兰,将吸收瓶如图12-1连接在抽样尾气管线上。
当吸收塔操作稳定时,尾气通过吸收瓶后尾气中的氨气被H 2SO 4吸收,其余空气通过湿式流量计计量。
为使所取尾气样能反映塔内实际情况,在取样分析前应使取样管尾气保持流通,然后改变三通旋塞流动方向,使尾气通过吸收瓶。
airNH n n Y 32= (8)式中: 3NH n ——氨气的摩尔数,mol ;a i r n ——空气的摩尔数,mol 。
(I )尾气样品中氨的摩尔数3NH n 可用下列方式之一测得:(i )若尾气通入吸收瓶吸收至终点(瓶内溶液颜色由黄棕色变至黄绿色),则:31023-⨯=MaVa n NH ·························(9) 式中:Ma ——标准H 2SO 4溶液的摩尔浓度,mol/l 。
(ii )若通入吸收瓶的尾气已过量(瓶中溶液呈兰色),可用同样标准H 2SO 4溶液滴定至终点(瓶内溶液呈黄绿色)。
若耗去的滴定用酸量为Va ’,则:310)'(23-⨯+=Va Va Ma n NH ·····················(10) (II )尾气样品中空气摩尔数air n 的测取尾气样品中的空气量由湿式流量计读取,并测其温度、压力。
0RT V P n air = (11)式中:P 0——尾气通过湿式流量计时的压力(由室内大气压代替),Pa ; V 0——通过湿式流量计的空气量,l ; T 0——通过湿式流量计的空气温度,K ; R ——气体常数,R=8314N ·m/(mol ·K)。
由式(9)、(10)可求得3NH n 和air n ,代入式(8)中即可得到Y 2。
根据得到的Y 1和Y 2,代入式(6)中即可求得G A 。
(2)对数平均浓度差m Y ∆2121ln Y Y Y Y Y m ∆∆∆-∆=∆ 其中11*111mX Y Y Y Y -=-=∆222*222Y mX Y Y Y Y =-=-=∆式中:*1Y 、*2Y ——与液相浓度1X 、2X 相对应的气相平衡浓度,kmolA/kmolB 。
出塔液相浓度1X 可取塔底液相样品进行化学分析得到,也可用物料衡算式(6)得到。
求得G A 、m Y ∆后,由式(5)即可求得K Y a 。
三.实验仪器1.本实验装置的流程示意图见下图。
主体设备是内径70毫米的吸收塔,塔内装10×9×1陶瓷拉西环填料。
2.物系是(水—空气—氨气)。
惰性气体空气由漩涡气泵提供,氨气由液氨钢瓶供应,吸收剂水采用自来水,它们分别通过转子流量计测量。
水葱塔顶喷淋至填料层与自下而上的含氨空气进行吸收过程,溶液由塔底经液封管流出塔外,塔底有液相取样口,经吸收后的尾气由塔顶排至室外,自塔顶引出适量尾气,用化学分析法对其进行组成分析。
1—填料吸收塔2—旋涡气泵3—空气转子流量计4—液氨钢瓶5—氨气压力表6—氨气减压阀7—氨气稳压罐8—氨气转子流量计9—水转子流量计10—洗气瓶11—湿式流量计12—三通旋塞13、14、15、16—U型差压计17、18、19—温度计20—液位计填料塔吸收操作及体积吸收系数测定实验装置流程示意图四.实验步骤1.先开启吸收剂(水)调节阀,当填料充分润湿后,调节阀门使水流量控制在适当的数值,维持恒定;2.启动风机,调节风量由小到大,观察填料塔内的流体力学状况,并测取读数,根据液泛时空气转子流量计的读数,来选择合适的空气流量,本实验要求在两至三个不同的气体流量下测定K Y a;3.为使进塔气相浓度Y1约为5%,须根据空气的流量来估算氨气的流量,然后打开氨气钢瓶,调节阀门,使氨气流量满足要求;4. 水吸收氨,在很短时间内操作过程便达到稳定,故应在通氨气之前将一切准备工作做好,在操作稳定后,开启三通旋塞,使尾气通入吸收瓶进行尾气组成分析。