实验四填料吸收塔的操作及吸收传质系数的测定.doc

实验四填料吸收塔的操作及吸收传质系数的测定姓名：学号：；学院专业级班;同组同学姓名:实验日期：；天气：；室温：大气压：；成绩：吸收塔中填料的作用主要是增加气液两相的接触面积，而气体在通过填料层时，由于克服摩擦阻力和局部阻力而导致了压强降△P的产生填料塔的流体力学特性是吸收设备的主要参数，它包括压强降液泛规律了解填料塔的流体力学特性是为了计算填料塔所需动力消耗，确定填料塔适宜操作范围以及选择适宜的气液负荷填料塔的流体力学特性的测定主要是确定适宜操作气速在填料塔中，当气体自下而上通过干填料（L=0）时，与气体通过其它固体颗粒床层一样，气压降厶P与空塔气速U的关系可用式△P=表示在双对数坐标系中为一条直线，斜率为一在有一条喷淋（L工0）时，气体通过床层的压降除与气速和填料有关外，还取决于喷淋密度等因素在一定的喷淋密度下，当气速小时，阻力与空塔速度仍然遵守△Px这一关系但在同样的空塔速度下，由于填料表面有液膜存在，填料中的空隙减小，填料空隙中的实际速度增大，因此床层阻力降比无喷淋时的值高当气速增加到某一值时由于上升气流与下降液体的摩擦阻力增大，开始阻碍液体的顺利下流，以致于填料层内的气液量随气速的增加而增加，此现象称为拦液现象，此点为载点，开始拦液时的空塔气速称为载点气速。

进入载液区后，当空塔气速再进一步增大，则填料层内拦液量不断增高，到达某一气速时，气、液间的摩擦力完全阻止液体向下流动，填料层的压力将急剧升高，在△Pxun关系式中，n的数值可达10左右，此点称为泛点在不同的喷淋密度下，在双对数坐标中可得到一系列这样的折线随着喷淋密度的增加，填料层的载点气速和泛点气速下降本实验以水和空气为工作介质，在一定喷淋密度下，逐步增大气速，记录填料层的压降与塔顶表压的大小，直到发生液泛为止3. 吸收速率方程式在吸收操作中，气体混合物和吸收剂分别从塔底和塔顶进入塔内，气液两相在塔内逆流接触，使气体混合物中的溶质溶解在吸收质中，于是塔顶主要为惰性组分，塔底为溶质与吸收剂的混合液反映吸收性能的主要参数是吸收系数，影响吸收系数的因素很多，其中有气体的流速、液体的喷淋密度、温度、填料的自由体积、比表面积以及气液两相的物理化学性质等吸收系数不可能有一个通用的计算式，工程上常对同类型的生产设备或中间试验设备进行吸收系数的实验测定对于相同的物料系统和一定的设备（填料类型与尺寸），吸收系数将随着操作条件及气液接触状况的不同而变化本实验用水吸收空气—氨混合气体中的氨气氨气为易溶气体，操作属于气膜控制。

在其他条件不变的情况下，随着空塔气速增加，吸收系数相应增大当空塔气速达到某一值时，将会出现液泛现象，此时塔的正常操作被破坏所以适宜的空塔气速应控制在液泛速度之下本实验所用的混合气中氨气的浓度很低（v10%），吸收所得溶液浓度也不高，气液两相的平衡关系可以被认为服从亨利定律物质的吸收速率方程式为：NA'=NA=KyAyA,m（4-6）式中：Na'吸收传质速率（kmolh-1）；Na吸收传质通量（kmolm-2h-1）;Ky以气相摩尔分数差（y*y）为推动力的气相总传质系数，（kmolm2i1）;A——填料的有效接触面积（m2）；yA,m――以气相摩尔分数差（y*y）表示的塔顶、塔底气相平均推动力若以填料的有效体积表示，则Na'=KVyA,m（4-7）式中：V――填料层堆积体积（m3）;Ky,«以气相摩尔分数差为推动力的气相总容积吸收传质系数（kmolm_3h"）若以比摩尔分数表示，则（3-4-7）可以写为：Na=KY,avYA,m式中：KY,a――以气相比摩尔分数差(Y*-Y)为推动力的气相总容积吸收传质系数(kmol)4. 气相平均推动力Ym将吸收操作线和平衡线绘于坐标纸上，在平衡线为直线或近似为直线时，Ym=(Y1Y2)/ln(Y1/Y2)式中：Y1=Y1Y1*=Y1mX1(3-4-10)Y2=Y2Y2*=Y2mX25. 传质系数(4-8)3h(4-9)(4-11)由式(4-7)可得Ky,=Na/(VyA,m)(4-12)又根据双膜理论，在一定温度下，吸收总系数Kya可用下式表示：(4-13)1/Kya=1/kya+m/kxa(4-15)式中：kya气膜吸收传质系数，molm_(4-16)3hkxa液膜吸收传质系数，molm3h由于ky,=Aqn,Ba(3-4-14)kx,«=Bqn,Cb显然，Ky,a与气体流量与液体流量都密切相关，其关系式可由下式表示Ky,a=Cqn,Baqn,Cb6. 全塔物料衡算和操作线方程在稳定操作条件下，惰性气体(如空气)和纯吸收剂的量基本上没有变化。

在任一微分段中，从气相扩散出的吸收质必为同微分段的液体所吸收，则物料衡算式如下：dNA'=qn,B(-dYA)=(-qn,C)dXA(4-17)式中：qn,B――惰性气体流量(kmolh);qn,c――吸收剂流量(kmolh_1);注：“－”是由于吸收剂与气体运动方向相反对全塔进行物料衡算，则得：列出操作线方程:邑先(4-19)(4-19)Ya=X(YX)AA,2A,2n,B^n,B它是一条通过(Xa,1,Ya,1)、(Xa,2,Ya,2)两点的直线这条直些就是吸收的操作线y操作线=qX/q+(Y—/q平衡线(Y*=mX)Y图-4-1吸收操作线和平衡线7. 填料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上，或溶质的吸收率上吸收率的定义为:=100%(4-20)Ya,i由于吸收塔的气体进口条件(气体中惰性气体的流量为qn，B和吸收质的组成为Ya,1)是由前一工序决定的，因此根据式(4-19)可知，控制和调节吸收操作最终结果的方法只能是调节吸收剂的进口条件：流量qn,C、温度t、浓度Xa,2三个要素改变吸收剂用量是对吸收过程进行调节的常用方法从式(4-19)的吸收操作线方程可以看出，当气体流量qn，B不变时，增加吸收剂流量qn,C，操作线的斜率增加，出口气体的组成Ya,2下降，吸收率增大，溶质吸收量增加，吸收速率Na'曽加。

当液相阻力较小时，增加液体的流量，总传质系数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ym的增大而引起的，即此时吸收过程的调节主要靠传质推动力的变化但当液相阻力较大时，增加液体的流量，总传质系数大幅度增加，而平均推动力可能减少，但总的结果使传质速率增大，溶质吸收量增大Ya,2，提高吸收率，用增大q仆n，Cm)时，提高吸收剂qn,BXA,2才是有效的qn,c应该注意，当气液两相在塔底接近平衡(m)时，欲降低qn,B吸收剂用量的方法很有效但是，当气液两相在塔顶接近平衡时(用量，即增大qn，c并不能使Ya,2明显降低，这时只有降低吸收剂入塔浓度qn,B调节吸收剂进口浓度XA,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XA,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而有利于吸收过程吸收率的提高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，平均推动力最大，使吸收效果变好三、实验装置本实验以水为吸收剂，通过填料塔吸收分离空气-氨气混合气中的氨气空气由鼓风机1送入空气转子流量计3计量，空气通过流量计处的温度由温度计4测量,空气流量由放空阀2调节，氨气由氨瓶送出，经过氨瓶总阀8进入氨气转子流量计9计量，氨气通过转子流量计处温度由实验时大气温度代替。

其流量由阀10调节5,然后进入空气管道与空气混合后进入吸收塔7的底部,水由自来水管经水转子流量计11，水的流量由阀12调节,然后进入塔顶分析塔顶尾气浓度时靠降低水准瓶16的位置，将塔顶尾气吸入吸收瓶14和量气管15在吸入塔顶尾气之前，予先在吸收瓶14内放入5mL已知浓度的硫酸作为吸收尾气中氨之用玻璃吸收塔的内径为75毫米，填料层高度730毫米，填料为010X10刈勺瓷质拉西环空气转子流量计，型号LZB-25，流量范围6〜60m3/h，精度％;水转子流量计，型号LZB-6，流量范围10~100L/h，精度％；氨转子流量计，型号LZB-6，流量范围~h，精度％温度测量，PT100铂电阻测量，由温度显示仪表显示；塔压测量，压差变送器，型号SM93420DP,测量范围0〜10KPa四、预习思考题1. 填料吸收塔为什么必须有液封装置，液封装置是如何设计的？防止吸收剂从吸收塔底流出如何设计：1、U形管作液封时，为防止管顶部积存气体，影响液体排放，应在最高点处设置放空阀或设置与系统相连接的平衡管道.2、为使在停止时能放净管内液体，一般在U形管最低点应设置放净阀•当需要观察管内液体流动情况，在出料管一侧可设置视镜.3、由于液体被夹带或泄漏等原因造成液封液损失时，在工程设计中应采取措施保持液封高度•2. 请你设计保持吸收剂流量恒定的恒压高位槽，说明其原理。

3. 实测的气体的温度（T）、压力（P）和密度（P和标定时的气体的温度（To）、压力（po）和密度（p）不同，其实际流量是多少？Vo=Vi*（To/Po）*（（Pi*P2）/（Ti*T2））?4. 全塔物料衡算时，计算公式是什么？dNA=qn,B（-dYA）=（-qn,C）dXA物料衡算式中，气体和液体流量是否是气体和液体的总流量？能否用摩尔分数代替比摩尔分数？什么时候可以代替？qn,Cq4,CYA=X(YX)q口qan,BAA,2n,BA,2不是；不能5. 本实验采用的是什么温度计？测量了那些温度？为什么测量这些温度？空气温度，空气转子流量计处空气温度，氨气温度6. 求解m值时，需要知道什么温度？怎么测得？空气温度，空气转子流量计处空气温度，氨气温度7. 实验中是先开气体还是先开液体？先开液体再开气体8. 吸收瓶中的尾气循环量以多少为宜？尾气通过吸收瓶的量以瓶内硫酸刚好循环为最佳9. 实际操作选择气相流量的依据是什么？通过实验测定塔内液泛点所需的最大流量，实际操作时气体的流量选择在接近液泛点在此点，气体速度增加，液膜湍动促进传质，两相交互作用剧烈，传质效果最佳10. 如何确定液泛点气速？在一定量的喷淋液体之下，当气速低于载点时，液体沿填料表面流动很少受逆向气流的牵制，持液量（单位体积填料所持有的液体体积）基本不变。

当气速达载点时，液体向下流动受逆向气流的牵制开始明显气来，持液量随气速增加而增加，气流通道截面随之减少所以，自载点开始，压降随空塔气速有较大增加，压降一气速曲线的斜率加大当气速继续增加，气流通过填料层的压降迅速上升，并且压降有强烈波动，表示塔内已经发生液泛，这些点称为液泛点11. 若操作过程中，氨气的进口浓度增大，而流量不变，尾气含量和吸收液浓度如何改变？尾气含量浓度变大，吸收液浓度不变12. 在实验的过程中，是否可以随时滴定分析塔底吸收液的浓度？为什么？可以在操作温度和压力一定的条件下，到达平衡时，吸收液浓度和操作时间无关13. 填料的作用是什么？填料的作用是给通过的气液两相提供足够大的接触面积，保证两相充分接触14. 填料塔的液泛和哪些因素有关？和填料的形状、大小以及气液两相的流量、性质等因素有关15. 流体通过干填料压降与式填料压降有什么异同？当气体自下而上通过填料时产生的压降主要用来克服流经填料层的形状阻力当填料层上有液体喷淋时，填料层内的部分空隙为液体所充满，减少了气流通道截面，在相同的条件下，随液体喷淋量的增加，填料层所持有的液量。