填料塔吸收传质系数的测定

填料塔吸收传质系数的测定

一、实验目的

1．了解填料塔吸收装置的基本结构及流程； 2．掌握总体积传质系数的测定方法；

3．了解气体空塔速度和液体喷淋密度对总体积传质系数的影响；

二、基本原理

气体吸收是典型的传质过程之一。由于CO 2气体无味、无毒、廉价，所以气体吸收实验常选择CO 2作为溶质组分。本实验采用水吸收空气中的CO 2组分。一般CO 2在水中的溶解度很小，即使预先将一定量的CO 2气体通入空气中混合以提高空气中的CO 2浓度，水中的CO 2含量仍然很低，所以吸收的计算方法可按低浓度来处理，并且此体系CO 2气体的解吸过程属于液膜控制。因此，本实验主要测定K x a 和H OL 。 a) 计算公式

填料层高度Z 为：

z =

⎰

Z

dZ =

L K x a

⎰

x 1

dx x -x

*

x 2

=H OL ⋅N OL

式中： L 液体通过塔截面的摩尔流量，kmol / (m2·s) ；

K x 以△X

为推动力的液相总体积传质系数，kmol / (m3·s) ；

H OL 液相总传质单元高度，m ； N OL 液相总传质单元数，无因次。

11-A

令：吸收因数A=L/mG

y 1-mx 2y 1-mx 1

+A ]

N OL =

ln[(1-A )

b) 测定方法

（1）空气流量和水流量的测定

本实验采用转子流量计测得空气和水的流量，并根据实验条件（温度和压力）和有关公式换算成空气和水的摩尔流量。

（2）测定填料层高度Z 和塔径D ； （3）测定塔顶和塔底气相组成y 1和y 2； （4）平衡关系。

本实验的平衡关系可写成

y = mx

式中： 相平衡常数， m=E/P；

E 亨利系数，E ＝f(t)，Pa ，根据液相温度由附录查得； P 总压，Pa ，取1atm 。

对清水而言，x 2=0,由全塔物料衡算

G (y 1-y 2) =L (x 1-x 2)

可得x 1 。

三、实验装置

1〕装置流程

本实验装置（如图1所示）流程：由自来水来的水经离心泵加压后送入填料塔塔顶经喷头喷淋在填料顶层。由压缩机送来的空气和由二氧化碳钢瓶来的二氧化碳混合后，一起进入气体中间贮罐，然后再直接进入塔底，与水在塔内进行逆流接触，进行质量和热量的交换，由塔顶出来的尾气经转子流量计后放空，由于本实验为低浓度气体的吸收，所以热量交换可略，整个实验过程看成是等温操作。

1 、2、球阀

3、闸阀 4、液体调节阀门 8、填料 12、U 型压差计

9、液体再分布器 13、尾气放空阀

5 、6、15、转子流量计 7、液体分布器 10 、塔体 14 、压力表

11、填料支承板

16、气体中间贮罐 图1 吸收装置流程图

2〕主要设备

（1）吸收塔：高效填料塔，塔径100mm ，塔内装有θ环散装填料（金属丝网板波纹规整填料) ，填料层总高度2000mm 。塔顶有液体初始分布器，塔中部有液体再分布器，塔底部有栅板式填料支承装置。填料塔底部有液封装置，以避免气体泄漏。

（2）填料：θ环散装填料，金属丝网板波纹规整填料。 （3）转子流量计；

（4）空压机：空压0.8MPa ； （5）二氧化碳钢瓶及氢气钢瓶； （6）气相色谱仪分析。

四、实验步骤与注意事项

（1）熟悉实验流程。

（2）打开仪表电源开关及多级离心泵电源开关（或打开水龙头开关）；

（3）开启液体调节阀门(4)，让水进入填料塔润湿填料，仔细调节阀门(4)，使转子流量计(6)流量稳定在某一实验值。（塔底液封控制：仔细调节阀门(1)、(2)的开度，使塔底液位缓慢地在一段区间内变化，以免塔底液封过高溢满或过低而泄气；

（4）启动空压机，打开CO 2钢瓶总阀，并缓慢调节钢瓶的减压阀，使其压力稳定在0.2～0.3Mpa 左右；

（5）调节CO 2转子流量计(15)的流量，使其稳定在某一值；

（6）待塔操作稳定后，读取各流量计的读数及通过温度、U 型压差计上读取各温度及塔顶

塔底间压差读数，通过CO 2测定仪分析出塔顶、塔底气相CO 2含量； （7）改变实验条件测定一系列实验数据，并记录在数据记录纸上。

（8）实验完毕，关闭CO 2转子流量计(15)，水转子流量(6)，再关闭空压机和多级离心泵电源开关(或水龙头) ，清理实验仪器和实验场地。 2）注意事项

（1）固定好操作点后，应随时注意调整以保持各量不变。

（2）在填料塔操作条件改变后，需要有较长的稳定时间，一定要等到稳定以后方能读取有关数据。

（3）由于CO 2在水中的溶解度很小，因此，在测定组成时一定要仔细认真，这是做好本试验的关键。

五、实验数据记录及处理

2、数据处理

1) 将原始数据列表并计算二氧化碳的体积传质系数、传质单元高度。

2）在双对数坐标纸上绘图表示二氧化碳吸收时体积传质系数、传质单元高度与气体流量的关系。

3） 列出实验结果与计算示例。

六、思考题

1．本实验中，为什么塔底要有液封？液封高度如何计算？ 2．测定K x a 有什么工程意义？

3．当气体温度和液体温度不同时，应用什么温度计算亨利系数？