试验六丙酮蒸汽吸收.doc

实验六 丙酮蒸汽吸收一、实验目的 (1) 理解填料吸收塔的一般构造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) 理解处理量变化对吸收效果的影响二、实验原理 1．概述 吸收过程是根据气相中各溶质组分在液相中的溶解度不同而别离气体混合物的单元操作在化学工业中洗手操作广泛应用于气体原料净化、有用组分的回收、产品制取和废气治理等方面在吸收研究过程中，一般可分为对吸收过程本身的特点或规律进展研究和对吸收设备进展开发研究两个方向前者的研究内容包括吸收剂的选择、确定因影响吸收过程的因素、测定吸收速率等，研究的结果可为吸收工艺设计提供根据，或为过程的改进及强化指出方向；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、新型塔板构造等 吸收通常在塔设备内进展，工业上尤其以填料塔用的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、出口接收等等其中，塔内放置的专用填料作为气液接触的媒介，其作用是使从塔顶流下的流体沿填料外表分布成大面积的液膜，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，由于靠近塔壁处的空隙大，流体阻力小，液体有逐渐向塔壁处聚集的趋向，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搜集后再重新分布填料时填料吸收塔最重要的部分对于工业填料，按照其构造和形状，可以分为颗粒填料和规整填料两大类其中，颗粒填料是一粒粒的具有一定几何形状和尺寸的填料颗粒体，一般以散装(乱堆)的方式堆积在塔内常见的大颗粒填料有拉西环、鲍尔环、阶梯环、弧鞍环、矩鞍环等等填料等材质可以使金属、塑料、陶瓷等规整填料是由许多具有一样几何形状的填料单元组成，以整砌的方式装填在塔内常见的规整填料有丝网波纹填料、孔板波纹填料等填料的性能主要评价指标是填料的比外表积和孔隙率一般地希望填料能提供达的气液接触面积和较小的流动压降2．吸收速率方程式和吸收传质系数 吸收传质速率 吸收传质速率由吸收速率方程式决定 (1) 或 (2) 式(1)、(2)中 NA——吸收速率，mol/s； Kya——气相吸收传质系数，mol/(m3h)； A ——气液接触传质面积，m2； ——塔顶、塔底气象平均传质推动力； a——填料的比外表积，m2/m3 ； Vp——填料体积，m3； 严格说来，a应为单位体积填料的有效润湿外表积。

由于a的大小与物系对填料外表积的润湿性和气液流动状况有关，工程上为方便起见，将Ky和a合并为一个常数，即 Kya称为气相容积吸收传质系数，mol/(m3h)，这样，吸收传质速率式又可表为 (3) 气相平均传质推动力 由吸收过程物料衡算 (4) 可得 (5) 式(5)即为吸收过程的操作方程式 由图1可看出，吸收过程的推动力即为吸收操作线与相平衡线之间的浓度差 y1y2x2x1x平衡线y=mx操作线y=L/G(x-x2)+y2 对于低浓度吸收过程，气、液相平衡关系近似为直线，即 y = mx m为相平衡常数，气相平均传质推动力可表示为 (6) 其中，和分别为塔底和塔顶位置的气相传质推动力， (7) (8) 传质系数 传质系数Kya是吸收过程设计的重要工艺参数。

由式(3) 可得 (9) 由于影响Kya的因素很多，通过实验测定Kya，就是要找出Kya与诸多影响因素之间的关系根据相际传质理论，可将吸收传质过程分解为以下三个步骤： a. 溶质由气相主体传递至气液两相界面，即气相主体内物质传递过程； b. 溶质在相界面上溶解，由气相转入液相，即发生在界面上的溶解过程； c. 溶质自相界面传递至液相主体，即液相主体的物质传递过程 界面溶解过程极易进展，传质阻力极小，可认为相界面上保持着两相平衡关系，因此，过程的传质速率实际上由气、液两相的传质速率所决定 根据双模理论，认为气液界面两侧各存在一层滞止的气膜和液膜，传质阻力全部集中于该两层膜中，膜中的传质说定态的分子扩散，因此，总传质系数Kya可表示为 (10) 式(10)中，kya——气膜吸收传质系数，mol/(m3 ．h)； kxa——液膜吸收传质系数，mol/(m3 ．h) 一般情况下，kxa和kya仅分别受液相流量L和气相流量G的影响，即 kya=AGm (11) kxa=BLn (12) 显然，Kya与气体流量G、液体流量L都亲密相关，其关系可由下式表示 (13) 这样，只要在不同的气、液相流量和温度条件下通过试验测定出y1和y2，即可由式(9)计算出Kya。

传质速率N可通过全塔的物料衡算求得 (14) 或 (15) 3．吸收塔的操作和调节 为实现某一气体混合物别离任务，工业塔设备必须具备足够的塔高( 足够高的填料高度或足够多的塔板数)和足够大的塔径另外，操作应在正常的气液负荷条件下进展，通过对吸收剂进口条件的调节，实现稳态的连续化操作 吸收操作的质量评价指标可用回收率或气相尾气浓度y2来表示对低浓度气体吸收，回收率可近似用下式计算 对于工业吸收过程，气体进口条件(流量、温度、压力、组成等)通常由前一工序决定，因此只能通过改变吸收剂的进口条件，即改变吸收剂的进口浓度x2、温度t2及流量L，来实现对吸收操作过程的调节 吸收剂的进口浓度x2、温度t2及流量L亦称为吸收剂的三要素 3.1 吸收剂流量对吸收结果的影响 改变吸收剂用量是对吸收过程进展调节的最常用方法 如图2所示，当气体流量和浓度不变时，增大吸收剂流量，吸收速率将随之增大，溶质吸收量增加，气体出口组成y2减小，回收率增大。

y1y2x2x1x平衡线y=mx y原操作线y=L/G(x-x2)+y2 当液相阻力较小时，增加液体的流量，对传质系数影响不大，溶质吸收量的增加主要当液相阻力较小时，增加液体的流量，对传质系数影响不大，溶质吸收量的增加主要由于传质推动力的增加而引起；但当液相阻力增加时，吸收剂流量的增加将使得传质系数明显增大，从而使传质速率加快，溶质吸收量增大因此一般情况下，增加吸收剂的用量对吸收别离总是有利的但使吸收剂流量增大要受到塔内流体力学条件的制约〔例如压降、液泛等〕，也要综合考虑吸收液解吸操作过程的费用 3.2 吸收剂入口浓度变化对吸收结果的影响 吸收剂入口浓度x2的变化主要是改变了传质推动力的大小如图3所示，x2降低，吸收塔顶部的传质推动力增大，全塔平均传质推动力将随之增大，有利于塔顶气体出口浓度y2的降低和回收率的进步 y1x1x yy=mx 在吸收——解吸结合操作过程中，x2一般有解吸操作的结果断定。

这也说明，解吸效果的好坏直接影响吸收操作 3.3 吸收剂入口温度变化对吸收结果的影响 吸收剂入口温度对吸收过程影响甚大，也是调节和控制吸收操作的一个重要因素参考图4，假设吸收剂入口温度降低，相平衡系数减小，导致平衡线下移，是传质推动力增大，吸收过程阻力m/kya减小，结果使吸收速率增大，y2减小，回收率进步因此在工业消费中，总希望吸收操作尽可能在较低的温度下进展应当注意的是，当气液两相在塔底接近平衡〔L/Gm〕，参考图6，进步吸收剂L用量,即增大L/G并不能使y2明显降低，只有降低吸收剂入塔浓度x2才是最有效的 y1x y图4 吸收温度对吸收过程的影响 三、实验设计 实验方案 用自来水〔x2=0〕做吸收剂，吸收空气混合气中的丙酮，实验操作压力为常压。

使气液两相在填料塔中逆流接触，分别改变气液相的流量和吸收剂的温度，测定气相的进出口浓度y1和y2，即可计算获得各种条件下的传质系数及吸收回收率 检测点及检测仪表 根据实验原理，欲求取传质吸收系数和回收率，需测取的原始数据有：气体的进出口浓度y1和y2；气液相流量。