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

、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 ：

N A K y aV 填 y m 或 N A K y A y m

式中： Ky 气相总传系数，mol/m 3s ；

A 填料的有效接触面积，m ； Ay 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

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

又有文献可知： k y a A G a

和 k x a B L b ，综合可得 K y a C G a L b

，显然

1 m

k y a k x a

K y a

成:

膜控制。

b ?气相平均推动力Ay

将操作线方程为：y L (x X 2) y 2的吸收操作线和平衡线方程为：y

G

=mx 的平衡线在方格纸上作图，从图5-1中可得知：

y

i y 2

心

y 2

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n 上。 在低浓度气体吸收时，回收率 n 可近似用下式计算：

y i y 2 i

昱

y i y i

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n 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 Ay 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

y m

其中；y i y i y ； y i mx i , y y y y mx ?，另外，从图 5-i

图5-1吸收操作线和平衡线

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 — —将 随之减小，结果使吸收效果变好，y 2降低，而平均推动力 Ay 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

不变?但平 均

推动力Ay 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 v 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。

、实验要点

1 ?单元操作 —— 吸收单元操作的特点；回收率 n 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

K y a k x a

K y a k y

a

a

b

图5 - 2 L/G 大小对操作的影响

j —空气压療机;览一气动压力定值器* 一气悴諾子施最计; °戲剋鋼5—填机知6—液封裝蛰T —电加热器：8—液 休静子流餐计油一高位梢.

五、实验步骤

（一） .设备：

本实验装置是空气一丙酮混合气一水吸收系统，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y i 及混合气出口浓度y 2。 （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

图418吸收实验流程图

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y i再取y20

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.y i每次都要测量，且要先测y2,后测y i，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50C,。（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y i、y2, 计算组分回收率n传质推动力面5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n传质推动力面和传质系数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n传质推动力面Ay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：10C ；气压：101.3KPa

2.实验数据记录：

1

2

3

4

5

（四）计算结果

序

号

气体流量G

2

Kmol / m .h

水流量L

2

Kmol / m .h

X1 △ y n K y a 1

2

3

4

5

八、实验数据处理中注意事项说明：

1.气体流量计在0.02MPa下使用，与气体流量计标定时的状态不同, 故需校正：

2.吸收剂的进口温度由半导体温度计测得，需计算全塔平均温度，来查得各组的m值。全塔平均温度为：

3.色谱仪上读得的峰面积正比于取样气相浓度,

于气体进出口浓度y i, y2之比。

P: mmHg

A: 6.75.30

B: 1030.96

C: 209.83

t : T (5~45C)

九、实验数据处理结果的讨论及要求

1 ?在空气流量恒定条件下，改变清水流量，讨论组分回收率n传质推

进出口峰面积之比，等

4.丙酮的安托因方程系数

lgP A

动力面Ay和传质系数K y a的变化规律。

2?在清水流量恒定条件下，改变空气流量，讨论组分回收率n传质推

动力面和传质系数K y a的变化规律。

3．从实验数据分析水吸收丙酮是气膜控制还是液膜控制，还是两者兼而有之。

十、思考题1．从传质推动力和传质阻力两方面分析吸收剂流量和吸收温度对吸收

过程的影响？2．从实验数据分析水吸收丙酮是气膜控制还是液膜控制，还是两者兼而有之？

3．填料吸收塔塔底为什么必须有液封装置，液封装置是如何设计的。4．将液体丙酮混入空气中，除实验装置鼓泡器中用到的方法外，还可有哪几种？