化工原理实验—吸收

化工原理实验—吸收

一、实验目的

1．了解填料吸取塔的结构和流程；

2．了解吸取剂进口条件的变化对吸取操作结果的阻碍；

3．把握吸取总传质系数Kya 的测定方法 4. 学会使用GC

二、实验原理

吸取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y2是度量该吸取塔性能的重要指标，但阻碍y2的因素专门多，因为吸取传质速率NA 由吸取速率方程式决定。

(一). 吸取速率方程式：

吸取传质速率由吸取速率方程决定 ： m y A y aV K N ∆=填 或 m y A y A K N ∆= 式中： Ky 气相总传系数，mol/m3.s ； A 填料的有效接触面积，m2； Δym 塔顶、塔底气相平均推动力， V 填 填料层堆积体积，m3；

Kya 气相总容积吸取传质系数，mol/m2.s 。 从前所述可知，NA 的大小既与设备因素有关，又有操作因素有关。

(二).阻碍因素： 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 ．气相总容积吸取传质系数Kya

按照双膜理论，在一定的气温下，吸取总容积吸取传质系数Kya 可表示成：

a

k m a k a K x y y +=11 又有文献可知：a y G A a k ⋅=和b x L B a k ⋅=，综合可得

b a y L G C a K ⋅=，明显Kya 与气体流量及液体流量均有紧密关系。

比较a 、b 大小，可讨论气膜操纵或液膜操纵。

b ．气相平均推动力Δym 将操作线方程为：22)(y x x G

L

y +-=的吸取操作线和平稳线方程为：y ＝mx 的平稳线在方格纸上作图，从图5-1中可得知：

2

12

1ln

y y y y y m ∆∆∆-∆=

∆ 图5-1 吸取操作线和平稳线

其中 ；11*111mx y y y y -=-=∆，22*

2

22mx y y y y -=-=∆，另外，从图5-1中还可看出，该塔是塔顶接近平稳。

(三). 吸取塔的操作和调剂：

吸取操作的结果最终表现在出口气体的组成y2上，或组分的回收率η上。在低浓度气体吸取时，回收率η可近似用下式运算：

1

21211y y

y y y -=-=

η 吸取塔的气体进口条件是由前一工序决定的，操纵和调剂吸取操作结果的是吸取剂的进口条件：流率L 、温度t 、浓度x 2三个因素。

由吸取分析可知，改变吸取剂用量是对吸取过程进行调剂的最常用方法，当气体流率G 不变时，增加吸取剂流率，吸取速率NA 增加，溶质吸取量L 增加，那么出口气体的组成y2减小，回收率η增大。

当液相阻力较小时，增加液体的流量，传质总系数Kya 变化较小或差不多不变，溶质吸取量的增加要紧是由于传质平均推动力Δym 的增大而引起，即现在吸取过程的调剂要紧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Kya 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NA 增大，溶质吸取量增大。

吸取剂入口温度对吸取过程阻碍也甚大，也是操纵和调剂吸取操作的一个重要因素。降低吸取剂的温度，使气体的溶解度增大，相平稳常数减小。

关于液膜操纵的吸取过程，降低操作温度，吸取过程的阻力

a

k m a K x y ≈1将随之减小，结果使吸取成效变好，y2降低，而平均推动力Δym 或许会减小。关于气相操纵的吸取过程，降低操作温度，过程阻力

a

k a K y y 11≈不变．但平均推动力Δym 增大，吸取成效同样将变好。总之，吸取剂温度的降低，改变

了相平稳常数，对过程阻力及过程推动力都产生阻碍，其总的结果使吸取成效变好，吸取过程的回收率增加。

吸取剂进口浓度x2是操纵和调剂吸取成效的又一重

要因素。吸取剂进口浓度的降低，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取过程回收率的提升。

应当注意，当气液两相在塔底接近平稳（L/G＜m）（见图5－2a）欲降低y2，提升回收率，用增加吸取剂用量的方法更有效。然而当气液两相在塔顶接近平稳时（L/G＞m）（见图5－2b）提升吸取剂用量，即增大L/G并不能使y2明显的降低，只有用降低吸取剂入塔浓度x2才是有效的。

a b

图5 - 2 L/G大小对操作的阻碍

三、实验要点

单元操作----- 吸取单元操作的特点；回收率η的阻碍因素；

实验结果----- 双膜理论、分析吸取过程属于气膜操纵或液膜操纵；

实验测量----- 气体转子流量计的读数以及校正；

实验流程----- 液泛现象及预防，液封的作用及操纵；

实验设备----- 填料吸取塔的结构及操作及填料介绍。

四、实验装置示意图及流程

五、实验步骤

(一).设备：

本实验装置是空气―丙酮混合气―水吸取系统，吸取塔为填料吸取塔，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，吸取剂为自来水，用色谱分析的方法，测定混合气进口浓度y1及混合气出口浓度y2。

(二).测试预备：

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剂至测试时的最大值，认真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，用分不改变水流量、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，或出口水温差不多恒定。取样时，先取y1再取y2。

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操纵。

六、实验操作原则及内容

(一).实验操作原则：