填料吸收塔的操作及吸收传质系数的测定

dN A G(dYA ) LdX A
式中：G---惰性气体流量（kmol/h）； L---吸收剂流量（kmol/h）。
对全塔进行物料衡算，则得：
G(YA,1 YA,2 ) L( X A,1 X A,2 )
即可列出操作线方程为：
YA
L G
XA
(YA,2
L G
X A,2 )
它是一条通过( ) X A,1,YA,1 ，( X A,2 ,YA,2)两点的
2 5 400
3 5 600
实验记录及数据处理(2)
实验数据处理结果
序 号
L
（Kmol/ h）
G
（Kmol/ h）
Y1 Y2
X
2
YA,m
η
( %)
KY ,a
(kmol/m3· h)
1
2
3
实验报告要求
1.计算组分吸收率 ；
2.计算气相平均推动力 YA,m ； 3.计算气相总容积传质系数 KY,a ；
最后应注意：
以上讨论是基于填料塔的填充 高度一定，即针对某一特定的工程 问题进行操作型的问题讨论。若是 设计型的工程问题，则上述结果不 一定相符，需视具体问题而定。
实验装置及流程
本实验以水为吸收剂，通过填料塔吸收分离空气— 丙酮混合气中的丙酮。实验装置包括空气输送、丙酮汽化、 吸收剂供给和供气-液两相逆流接触的填料塔等部分，其 流程示意图如下所示。
8、在稳定操作条件下测定气体的进口、出口浓 度。并随时记录气体、塔顶和塔底的温度。
实验步骤（3）
9、改变吸收剂流量（分别为3、5、5L/h）和对应 的空气流量（分别为400、400、600L/h），在稳 定操作条件下分别测定气体的进出口浓度。
10、打开吸收剂水温调节开关，调节加热电压， 使吸收剂的进口温度为35℃左右，操作稳定后再 分别测定气体的进出口浓度。
分类：物理吸收和化学吸收；等温吸收和非等温吸收； 单组分吸收和多组分吸收等。
应用：1.制取化工产品；2.分离气体混合物；3.从气体 中回收有用组分；4.气体净化等。
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的测定方法。
实验基本原理
L
~ L关系图
实验注意事项
实验思考题（1）
1.从传质推动力和传质阻力两方面分析吸收剂流量对吸 收过程的影响？
2.填料吸收塔塔底为什么要有液封？ 液封装置是如何 设计的？
3.增加气体量对吸收有何影响？ 4.从实验数据分析水吸收丙酮是气膜控制过程还是液膜
控制过程，还是两者同时存在？ 5.请你设计保持吸收剂流量恒定的高位槽，并说明其原
YA*
1
mX A (1 m) X
A
当溶液浓度很低时，XA很小，则1+(1-m)XA≈1,，上 式可简化为： YA*=mXA
一些气体的平衡系数可以在化工手册中查到。
2.吸收速率方程式
吸收传质速率由吸收速率方程式决定：
NA=KyAΔYm
式中：Ky---以气相摩尔分数差(Y*-Y)为推动力的气相总 传质系数（kmol/m2·h）;
（1）吸收速率NA
由吸收塔的物料衡算可得
N A G(Y1 Y2 )
式中：G---气相流量（kmol/h）； Y1、Y2---气相进、出塔浓度。
（2）气相平均推动力
可取塔底与塔顶推动力的对数平均值， 即
Ym
Y1 Y2 ln(Y1 Y2 )
Y1 Y1 Y1* Y1 mX 1 Y2 Y2 Y2* Y2 mX 2
实验装置流程示意图
流程简介：
由空气压缩机1提供的空气，经压力定值器2 定值为2×104Pa，并经转子流量计4计量后，进 入内盛丙酮的丙酮汽化器5，产生丙酮和空气的 混合气，混合气从输气管道由塔底进入填料吸收 塔7，在塔内同自塔顶喷下的水逆流接触，被吸 收掉其中大部分丙酮后，从塔顶部气体出口9排 出。由恒压高位槽13底部流出的吸收剂（水）， 经转子流量计15计量，流经电加热器16，由塔 顶喷入吸收塔，吸收了空气中的丙酮后，由塔底 经液封装置11排入吸收液贮罐。
填料吸收塔的操作 及
吸收传质系数的测定
吸收概述
吸收操作是气体混合物的重要分离方法，它是将气体混 合物与适当的液体接触（气液逆流或并流），气体中一 种或多种组分溶解于溶液中，不能溶解的组分仍留在气 相中，从而利用各组分在液体中溶解度的差异而使气体 中不同组分分离的操作。混合气体中，能够溶解于液体 的组分称为吸收质或溶质；不能溶解的组分称为惰性气 体；吸收操作所用的溶剂称为吸收剂；溶有溶质的溶液 称为吸收液或简称溶液；排出的气体称为吸收尾气，其 主要成分应是惰性气体，还含有残余的溶质。
11、实验结束（注意：先停止加热，再关压缩机 和空气流量计阀门，然后关闭吸收剂水的流量计 阀门，最后关高位槽进水阀门），切断电源，水 箱和丙酮汽化器清空。
实验记录及数据处理(1)
实验日期： 原始数据记录
序 号
L*
G*
（L/h）（L/h）
T进
t进
塔顶 塔底 t出 A空 A丙 A空 A丙
1 3 400
由于，ky,a AGa 、 kx,a BLb
显然，K y,a 与气相流量G和液相流量L都有关， 其关系可由下式表示： Ky,a CGa Lb
3.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：
由吸收过程分析可知：
改变吸收剂用量是对吸收过程进行调节的最 常用方法，当气体流量G不变时，增加吸收剂流量 L，操作线的斜率增加，出口气体的组成下降，吸 收率增大，溶质吸收量增加，吸收速率增加。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。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，但总的结果是 使传质速率增大，溶质吸收量增大。
直线。这条直线就是吸收的操作线。
4.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 A,2 上，或溶质的吸收率η上。吸收率 的定义为： YA,1 YA,2 100%
YA,1
由于吸收塔的气体进口条件（气体中惰 性气体的流量G和吸收质的组成YA,1）是由前 一工序决定的，因此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，即流量L、温度t、浓度X A,2 三个要素。
吸收剂进口浓度对吸收的影响
调节吸收剂进口浓度X A,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X A,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，这有利于吸收过程 吸收率的提高。
吸收剂入口温度对吸收的影响
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，平均推动力增大， 使吸收效果变好。
4.作 KY,a ~ L 和 ~ L 关系图。
YA,1 YA,2 100%
YA,1
Ym
Y1 Y2 ln(Y1 Y2 )
Y1 Y1 Y1* Y1 mX 1 Y2 Y2 Y2* Y2 mX 2
K y,a
NA V填 Ym
或
K y,a CGa Lb
L
KY ,a
KY ,a ~ L 关系图
1.气液相平衡关系 2.吸收速率方程式 3.全塔物料衡算和操作线方程 4.填料吸收塔的操作和调节
1.气液相平衡关系
大多数气体物质A溶解形成稀溶液时，稀溶液 上方溶质A的平衡分压p*A与其在溶液中的摩尔分数 xA成正比： p*A=ExA
这就是亨利定律。式中E为亨利系数(kPa)。 若气相组成也用平衡摩尔分数y*表示，则上式 可写为： y*=ExA/p总 令m=E/p总，则y*=mxA
理？ 6.为什么要测Δp-u的关系曲线？
实验思考题（2）
7.哪些操作条件会影响本实验系统的稳定性？如何判 定系统稳定与否？
8.液相从塔底排出为什么要经过П形液封装置？ 9.针对本实验，若保持其他条件不变，分别改变气相
流量和液相流量，传质系数Kya将如何变化？ 10.本实验中其他条件不变而空气流量适当增加时，出
实验装置主要尺寸：
（1）填料塔：塔内径35mm，填料层高度 240mm，填料拉西环Ф10mm×10mm×1mm
（ 2 ） 空 气 转 子 流 量 计 ： 型 号 LZB-6 流 量 100L/h~1000L/h
（ 3 ） 水 转 子 流 量 计 ： 型 号 LZB-4 流 量 1.6L/h~16L/h
A---填料的有效接触面积（m2）；
ΔYm---以气相摩尔分数差(Y*-Y)表示的塔顶、塔 底气相平均推动力。
而
A=αV填
式中：α---填料的有效比表面积（m2/m3）；
V填---填料层堆积体积（m3）。
故有
N A K y,V填 Ym
式中：K y, ---以气相摩尔分数差为推动力的气相总
溶积吸收传质系数（kmol/m3·h）。
5、启动空压机（控制压力在0.5Mpa左右），出 口压力减至0.05Mpa，通过仪表盘上压力定值器 控制实验操作压力稳定在0.02Mpa。
实验步骤（2）
6、调节空气流量计调节流量为400L/h，液体流 量为3L/h，注意稳定塔内压力，空压机压力及 保持塔底液位高度60％。
7、用气相色谱分析混合气中丙酮的进口浓度。 当平行实验误差小于5%时，即认为实验条件已 基本稳定。
（4）温度指示仪：WMZ-03 0~50℃ （5）气动定值器：QCD-100