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：

a

k 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 G

L

y +-=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： 2

12

1ln y y y y y m ∆∆∆-∆=

∆

图5-1 吸收操作线和平衡线

其中 ；11*1

11mx 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。

(三). 吸收塔的操作和调节：

吸收操作的结果最终表现在出口气体的组成y 2上，或组分的回收率η上。在低浓度气体吸收时，回收率η可近似用下式计算：

1

21211y y

y y y -=-=

η 吸收塔的气体进口条件是由前一工序决定的，控制和调节吸收操作结果的是

吸收剂的进口条件：流率L 、温度t 、浓度x 2三个因素。

由吸收分析可知，改变吸收剂用量是对吸收过程进行调节的最常用方法，当气体流率G 不变时，增加吸收剂流率，吸收速率N A 增加，溶质吸收量L 增加，那么出口气体的组成y 2减小，回收率η增大。

当液相阻力较小时，增加液体的流量，传质总系数K y a 变化较小或基本不变，溶质吸收量的增加主要是由于传质平均推动力Δy m 的增大而引起，即此时吸收过程的调节主要靠传质推动力的变化。

当液相阻力较大时增加液体的流量。传质系数K y a 大幅度增加，而平均推动力可能减小，但总的结果使传质速率N A 增大，溶质吸收量增大。

吸收剂入口温度对吸收过程影响也甚大，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。 对于液膜控制的吸收过程，降低操作温度，吸收过程的阻力

a

k m

a K x y ≈1将随之减小，结果使吸收效果变好，y 2降低，而平均推动力Δy m 或许会减小。对于气相控制的吸收过程，降低操作温度，过程阻力

a

k a K y y 11≈不变．但平均推动力Δy m 增大，吸收效果同样将变好。总之，吸收剂温度的降低，改变了相平衡常数，对过程阻力及过程推动力都产生影响，其总的结果使吸收效果变好，吸收过程的回收率增加。

吸收剂进口浓度x 2是控制和调节吸收效果的又一重要因素。吸收剂进口浓度的降低，液相进口处的推动的增大，全塔平均推动力也将随之增大而有利于吸收过程回收率的提高。

应当注意，当气液两相在塔底接近平衡（L/G ＜m ）（见图5－2a ）欲降低y 2，提高回收率，用增加吸收剂用量的方法更有效。但是当气液两相在塔顶接近平衡时（L/G ＞m ）（见图5－2b ）提高吸收剂用量，即增大L/G 并不能使y 2明显的降低，只有用降低吸收剂入塔浓度x 2才是有效的。

a b

图5 - 2 L/G 大小对操作的影响

三、实验要点

1．单元操作 ----- 吸收单元操作的特点；回收率η的影响因素；

2．实验结果 ----- 双膜理论、分析吸收过程属于气膜控制或液膜控制； 3．实验测量 ----- 气体转子流量计的读数以及校正；

4．实验流程 ----- 液泛现象及预防，液封的作用及控制； 5．实验设备 ----- 填料吸收塔的结构及操作及填料介绍。

四、实验装置示意图及流程

五、实验步骤

(一).设备：

本实验装置是空气―丙酮混合气―水吸收系统，吸收塔为填料吸收塔，气体是经定值器将压力恒定的室温空气，进入丙酮容器鼓泡而出，得到的丙酮已达饱和的混合气，吸收剂为自来水，用色谱分析的方法，测定混合气进口浓度y1及混合气出口浓度y2。

(二).测试准备：

1.接通气路，打开水流量计开关，再打开定值器开关，将压力恒定在0.02MPa左右，然后，打开气体转子流量计，把水和气的转子流量计调节至

测试时的最大值，仔细检查设备是否有漏液、液泛等不正常现象，如果一切正常，即可开始调试。

2．测试：

在上面的步骤完成后，用分别改变水流量、空气流量（均由小至大）、及水温（升高）的方法，测数组数据。每改变一次水流量或空气流量，均需间隔数分钟取样，或出口水温基本恒定。取样时，先取y1再取y2。

3. 注意事项：

气体流量不能超过600 L/h，液体流量不能超过7L/h，否则有可能液泛。液封的液位高低由后面的阀门控制。

六、实验操作原则及内容

(一).实验操作原则：

1．先开水的开关，后开气的开关，并测量空气的温度。？

2．y1每次都要测量，且要先测y2，后测y1，防止影响吸收的平衡。

3．注意控制液封的水位，且要防止液泛。

4．加热温度要小于50℃，。（电压95伏左右）

5．改变控制条件时，要经过10 ~ 15 min时间稳定。

(二).实验内容：

1．在空气流量恒定条件下，改变清水流量，测定气体进出浓度y1、y2，计算组分回收率η，传质推动力面Δy m和传质系数K y a。

2．在清水流量恒定条件下，改变空气流量，测定气体进出口浓度y1、y2，计算组分回收率η，传质推动力面Δy m和传质系数K y a。

3．在空气流量和清水流量恒定条件下，改变清水温度，测定气体进出口浓度y1、y2，计算组分回收率η，传质推动力面Δy m和传质系数K y a。

七、实验数据记录及数据处理

(一). 设备参数：

填料：瓷质拉西环；气液接触方式：气~ 液逆流；

(二). 操作参数：

定值器压力：0.02-0.04MPa ( 表压)

(三).原始数据记录：

1．常数：

填料塔直径D：40 mm；填料塔高度H：220 mm；

色谱仪系数：0.18；室温：10℃；气压：101.3KPa

2．实验数据记录：