填料塔吸收传质系数的测定

6填料塔吸收传质系数的测定6.1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；4．了解气相色谱仪和六通阀在线检测CO2浓度和测量方法。6.2实验原理气体吸收是典型的传质过程之一。由于CO2气体无味、无毒、廉价，所以气体吸收实验选择CO2作为溶质组分是最为适宜的。本实验采用水吸收空气中的CO2组分。一般将配置的原料气中的CO2浓度控制在10%以内，所以吸收的计算方法可按低浓度来处理。又CO2在水中的溶解度很小，所以此体系CO2气体的吸收过程属于液膜控制过程。因此，本实验主要测定Kxa和HOL。1）计算公式填料层高度Z为OLOLxxxaZNHxxdxKLdZz120（6－1）式中：L液体通过塔截面的摩尔流量，kmol/(m2·s)；Kxa△X为推动力的液相总体积传质系数，kmol/(m3·s)；HOL传质单元高度，m；NOL传质单元数，无因次。令：吸收因数A=L/mG（6－2）])1ln[(111121AmxymxyAANOL（6－3）2）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）测定塔顶和塔底气相组成y1和y2；（3）平衡关系。本实验的平衡关系可写成y=mx（6－4）式中：m相平衡常数，m=E/P；E亨利系数，E＝f(t)，Pa，根据液相温度测定值由附录查得；p总压，Pa，取压力表指示值。对清水而言，x2=0,由全塔物料衡算)()(2121xxLyyG可得x1。6．3实验装置与流程1〕装置流程本实验装置流程如图6－1所示：水经转子流量计后送入填料塔塔顶再经喷淋头喷淋在填料顶层。由风机输送来的空气和由钢瓶输送来的二氧化碳气体混合后，一起进入气体混合稳压罐，然后经转子流量计计量后进入塔底，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，整个实验过程可看成是等温吸收过程。图6—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）填料规格和特性：金属丝网板波纹填料：型号JWB—700Y，填料尺寸为φ100×50mm，比表面积700m2/m3。（3）转子流量计；介质条件最大流量最小刻度标定介质标定条件空气6m3/h0.1m3/h空气20℃1.0133×105PaCO2160L/h10L/h空气20℃1.0133×105Pa水1000L/h20L/h水20℃1.0133×105Pa（4）层叠风机：气量0～90m3/h，风压50kPa；（5）二氧化碳钢瓶；（6）气相色谱仪（型号：SP6801）；（7）色谱工作站：浙大NE2000。6．4实验步骤与注意事项1）实验步骤（1）熟悉实验流程及弄清气相色谱仪及其配套仪器结构、原理、使用方法及其注意事项；（2）打开仪表电源开关及风机电源开关；（3）开启进水总阀，使水的流量达到400L/h左右。让水进入填料塔润湿填料。（4）塔底液封控制：仔细调节阀门○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。（5）打开CO2钢瓶总阀，并缓慢调节钢瓶的减压阀（注意减压阀的开关方向与普通阀门的开关方向相反，顺时针为开，逆时针为关），使其压力稳定在0.1Mpa左右；（6）仔细调节空气流量阀至2m3/h，并调节CO2调节转子流量计的流量，使其稳定在100L/h～160L/h；（7）仔细调节尾气放空阀的开度，直至塔中压力稳定在实验值；（8）待塔操作稳定后，读取各流量计的读数及通过温度数显表、压力表读取各温度、压力，通过六通阀在线进样，利用气相色谱仪分析出塔顶、塔底气相组成；（9）改变水流量值，重复步骤（6）（7）（8）。（10）实验完毕，关闭CO2钢瓶总阀，再关闭风机电源开关、关闭仪表电源开关，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。6．5实验报告1)将原始数据列表。2）列出实验结果与计算示例。6．6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Kxa有什么工程意义？3）为什么二氧化碳吸收过程属于液膜控制？4）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？6．7实验数据记录及数据处理结果示例实验装置：1#；操作压力115.0kPaV1气量m3/hV2水量L/h塔底wt%塔顶wt%T1气温T2液温2.08003.70782.26527.55.3计算结果塔底液相组成：0.002504mol%；塔顶液相组成：0.0mol%；液相总传质单元数：4.3；液相总传质系数：3322.7Kmol/(m3/h)测量条件：色谱型号：SP6800A柱类型：填充柱柱规格：GDX-103载气类型：氢气载气流量：50ml/min进样量：1ml检测器温度：78℃进样器温度：80℃柱温：40℃原料气：时间(min)10电压(mv)32100.4070.6651.157峰号峰名保留时间峰高峰面积含量1空气0.407137583.594349031.46996.28462二氧化碳0.6653877.41213440.7533.7078尾气：时间(min)0.90.850.80.750.70.650.60.550.50.450.40.350.30.250.20.150.10.050电压(mv)21097.7352.265峰号峰名保留时间峰高峰面积含量1空气0.323142736.094355399.40697.73482二氧化碳0.5902326.4738236.9452.2652