化工原理实验报告-填料吸收塔传质系数的测定

化工原理实验报告

——填料吸收塔传质系数的测定

姓名： XXX

学号： XXXXXXXXXXX

学院：化学与化工学院

专业：化学工程与工艺

年级： 20XX 级

实验日期： 20XX年XX月XX日

实验条件：空气流量5.0m3/h，CO2流量3.0L/min，水流量0.40m3/h

福建师范大学

Fujian Normal University

填料吸收塔传质系数的测定

一、实验目的

1、掌握吸收总传质系数K Ya或K Xa的测定方法；

2、了解填料吸收塔的结构和流程，能定性分析操作条件的变化对结果的影响；

3、熟悉各仪器仪表的读数方法，了解气相色谱仪和六通阀的使用方法。

二、实验内容

本实验采用水吸收气相物流中的CO2，在不同条件下，测定气相中CO2进出口浓度，并计算溶质的吸收率E A，过程平均推动力或吸收因子，传质单元数N OL,液相总传质单元高度H OL和总传质系数K X

a

。

三、实验原理

1、吸收原理

（1）吸收操作

吸收操作主要是利用气体混合物的各组分在液体中的溶解性质不同，将其与适当的液体接触，混合气中易溶的一个或几个组分便溶于该液体内形成溶液，而不能溶解的组分则仍留在气相，从而实现气体混合物的分离。

（2）吸收操作所用的液体称为吸收剂或溶剂（S）；混合气中被溶解吸收的组分称为吸收质或溶质（A）；不被吸收的组分称为惰性组分或载体（B）；所得到的溶液称为吸收液；排出气体称为吸收尾气。

2、吸收计算

（1）吸收率E A

E A=被吸收的溶质量（kmol）

吸收前气相中的溶质总数

=

V(Y0−Y e)

=1−

Y e

Y0、Y e——分别表示初始与吸收终了时气体中溶质的摩尔比；

V——惰性气体B的流量，kmol/h。

吸收率愈高表示气体混合物的分离愈完全。

（2）对数平均推动力法

传质单元数的表达式中Y∗或X∗是液相或气相的平衡组成，需要用相平衡关系确定，CO2在水中的溶解平衡可视为直线，因此本实验传质单元数的求解可用对数平均推动力法或吸收因数法。以下标“1”表示塔底截面，下标“2”表示塔顶截面，对数平均推动力法相关公式如下：

N OL=X1−X2∆X m

式中ΔXm 为过程平均推动力，即

∆X m=∆X1−∆X2

ln

∆X1

∆X2

=

(X1∗−X1)−(X2∗−X2)

ln

X1∗−X1

X2∗−X2

吸收因数法的相关公式如下：

N OL=

1

1−A

ln[(1−A)

Y1−mX2

Y1−mX1

+A]

其中A=L mV

⁄,称为吸收因子，A愈大愈容易吸收。填料层高度H=H OL N OL,因此液相总传质单元高度H OL=H /N OL。由H OL=L

K XaΩ可得总传质系数,式中Ω为塔截面积（m2）,L为吸收剂流量（kmol/h）。

四、实验装置

1、装置流程

本装置流程如图 1 所示。由水泵将水送入填料塔顶经喷头喷淋下来流经填料层。由风机将空气和由钢瓶来的CO2一起送入气体混合罐，经填料塔底与水在塔内进行逆流接触，进行质量和热量的交换，由塔顶出来的尾气放空，塔底出来的吸收液经下水道排出。由于本实验为低浓度气体的吸收，所以热量交换可略，整个实验过程可视为等温操作。

2、主要设备参数

表1 主要设备的相关参数

填料塔主要参数

填料塔内径/mm 100 填料层高度/mm 2000

气相色谱仪主要参数

载气He 检测器类型TCD

柱前压0.25

气相色谱仪温控面板设置

检测器温度DT/℃130 进样器温度IJ/℃130 柱箱温度OV/℃150 桥电流CU/mA 150 衰减001

图1 萃取塔实验装置流程简图

1—液体出口阀2；2—风机；3—液体出口阀1；4—气体出口阀；5—出塔气体取样口；

6—U 型压差计；7—填料层；8—塔顶预分布器；9—进塔气体取样口；

10—玻璃转子流量计（0.4~4m3·h−1）；11—混合气体进口阀1；12—混合气体进口阀2；

13—孔板流量计；14—涡轮流量计；15—水箱；16—水泵

五、实验内容

1、训练仪表读数方法，记录所以出现的仪表读数。

2、本实验采用清水吸收气相物流中的CO2，请分别在下列条件下，测定气相中的进出口浓度，计算溶质的吸收率E a。

操作条件：空气流量5.0m3/h，CO2流量3.0L/min，水流量0.40m3/h 3、实验步骤

（1）检查吸收装置的气路和水路源头：水箱和混合罐（排冷凝水）。（2）打开面板总电源、仪表电源开关，进行仪表自检，按照实验内容设定水流量和空气流量。仪表的设定方法：仪表面板功能键(调至流量设定界面) 长按左移键由手动M 变为自动A 用上下键增加或减少设定值最后按确定键。

（3）开启水泵（打到自动），让水进入填料塔润湿填料。

（4）启动风机（打到自动）。

（5）打开CO2钢瓶总阀，并缓慢调节钢瓶的减压阀（约0.1MPa即可，太大易使系统内部憋压，刚开始可能管路内部憋了一些气体，显示的压力比较高，随着实验进行，气体流完，减压阀的压力会降低，要再调至0.1MPa，请时刻保持各表读数正确），调节CO2转子流量计的流量，使其稳定在要求的设定值。

（6）等待色谱恒温后，设定桥电流，确认通电（轻微的哒啦声）。各项仪器参数已调至最佳。

（7）开电脑桌面上的N2000在线工作站，选择”通道1“，点击”采集数据“按钮看基线，待无毛刺、基线稳定以后，将基线调至约0.5mV。（先粗调，后细调）。

（8）气相色谱准备就绪后即可开始在线取样测试，分析出塔顶、塔底气体组成。取样依靠气相色谱仪左侧的六通阀，将六通阀拨向”取样“位置，取样时间1~3min，然后将六通阀拨向”进样“位置，同