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K y a 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y 2是度量该吸取塔性能的重要指标，但阻碍y 2的因素专门多，因为吸取传质速率N A 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/m 3.s ； A 填料的有效接触面积，m 2； Δy m 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 气相总容积吸取传质系数，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).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K y a
依照双膜理论，在一定的气温下，吸取总容积吸取传质系数K y a 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K y a 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Δy m
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*1
11mx y y y y -=-=∆，22*222mx 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y 2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N A 增加，溶质吸取量L 增加，那么出口气体的组成y 2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K y a 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Δy m 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，y 2降低，而平均推动力Δy m 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Δy m 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x 2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高。

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y 2，提高回收率，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 〕提高吸取剂用量，即增大L/G 并不能使y 2明显的降低，只有用降低吸取剂入塔浓度x 2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
1．单元操作 ----- 吸取单元操作的特点；回收率η的阻碍因素；
2．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； 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，液封的作用及操纵； 5．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，假如一切正常，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，或出口水温差不多恒定。

取样时，先取y1再取y2。

3. 本卷须知：
气体流量不能超过600 L/h，液体流量不能超过7L/h，否那么有可能液泛。

液封的液位高低由后面的阀门操纵。

六、实验操作原那么及内容
(一).实验操作原那么：
1．先开水的开关，后开气的开关，并测量空气的温度。

？
2．y1每次都要测量，且要先测y2，后测y1，防止阻碍吸取的平稳。

3．注意操纵液封的水位，且要防止液泛。

4．加热温度要小于50℃，。

〔电压95伏左右〕
5．改变操纵条件时，要通过10 ~ 15 min时刻稳固。

(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y1、y2，运算组分回收率η，传质推动力面Δy m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，运算组分回收率η，传质推动力面Δy m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，运算组分回收率η，传质推动力面Δy m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：10℃；气压：101.3KPa
2．实验数据记录：
(四)运算结果
八、实验数据处理中本卷须知说明：
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： 0
0PT T
P G G N
= 2．吸取剂的进口温度由半导体温度计测得，需运算全塔平均温度，来查得各组的m 值。

全塔平均温度为： 2
出
进t t t +=
3．色谱仪上读得的峰面积正比于取样气相浓度，进出口峰面积之比，等于气体进出口浓度y 1， y 2之比。

4. 丙酮的安托因方程系数 t C B A lgP +-
=
P ：mmHg A ：6.75.30 B ：1030.96 C ：209.83
t ：℃ 〔5~45℃〕
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η，传质推动力面Δy m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η，传质推动力面Δy m和传质系数K y a的变化规律。

3．从实验数据分析水吸取丙酮是气膜操纵依旧液膜操纵，依旧两者兼而有之。

十、摸索题
1．从传质推动力和传质阻力两方面分析吸取剂流量和吸取温度对吸取过程的阻碍？
2．从实验数据分析水吸取丙酮是气膜操纵依旧液膜操纵，依旧两者兼而有之？
3．填料吸取塔塔底什么缘故必须有液封装置，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？。