化工原理实验—吸收

1、化工原理实验教案填料吸收塔的操作及吸收传质系数的测定一、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Kya的测定方法 4. 学会使用GC二、实验原理吸收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是度量该吸收塔性能的重要指标，但影响y2的因素很多，因为吸收传质速率NA由吸收速率方程式决定。 (一). 吸收速率方程式：吸收传质速率由吸收速率方程决定 ： 或 式中： Ky 气相总传系数，mol/m3.s； A 填料的有效接触面积，m2； ym 塔顶、塔底气相平均推动力， V

2、填 填料层堆积体积，m3； Kya 气相总容积吸收传质系数，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).影响因素： 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气相总容积吸收传质系数Kya 根据双膜理论，在一定的气温下，吸收总容积吸收传质系数Kya可表示成： 又有文献可知：和，综合可得，显然Kya与气体流量及液体流量均有密切关系。比较a、b大小，可讨论气膜控制或液膜控制。 b气相平均推动力ym将操作线方程为：的吸收操作线和平衡线方程为：ymx的平衡线在方格纸上作图，从图5-1中可得

3、知： 图5-1 吸收操作线和平衡线其中 ；，另外，从图5-1中还可看出，该塔是塔顶接近平衡。 (三). 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y2上，或组分的回收率上。在低浓度气体吸收时，回收率可近似用下式计算： 吸收塔的气体进口条件是由前一工序决定的，控制和调节吸收操作结果的是吸收剂的进口条件：流率L、温度t、浓度x2三个因素。由吸收分析可知，改变吸收剂用量是对吸收过程进行调节的最常用方法，当气体流率G不变时，增加吸收剂流率，吸收速率NA增加，溶质吸收量L增加，那么出口气体的组成y2减小，回收率增大。当液相阻力较小时，增加液体的流量，传质总系数Kya变化较小或基本不变，

4、溶质吸收量的增加主要是由于传质平均推动力ym的增大而引起，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。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，溶质吸收量增大。 吸收剂入口温度对吸收过程影响也甚大，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。 对于液膜控制的吸收过程，降低操作温度，吸收过程的阻力将随之减小，结果使吸收效果变好，y2降低，而平均推动力ym或许会减小。对于气相控制的吸收过程，降低操作温度，过程阻力不变但平均推动力ym增大，吸收效果同样将变好。总之，吸收剂温度的降低，改

5、变了相平衡常数，对过程阻力及过程推动力都产生影响，其总的结果使吸收效果变好，吸收过程的回收率增加。 吸收剂进口浓度x2是控制和调节吸收效果的又一重要因素。吸收剂进口浓度的降低，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收过程回收率的提高。 应当注意，当气液两相在塔底接近平衡（L/Gm）（见图52a）欲降低y2，提高回收率，用增加吸收剂用量的方法更有效。但是当气液两相在塔顶接近平衡时（L/Gm）（见图52b）提高吸收剂用量，即增大L/G并不能使y2明显的降低，只有用降低吸收剂入塔浓度x2才是有效的。 a b图5 - 2 L/G大小对操作的影响三、实验要点1 单元操作 - 吸收单

6、元操作的特点；回收率的影响因素；2 实验结果 - 双膜理论、分析吸收过程属于气膜控制或液膜控制；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，液封的作用及控制；5 实验设备 - 填料吸收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收系统，吸收塔为填料吸收塔，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，吸收剂为自来水，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).测试准备： 1.接通气路，打开水流量计开关，再打开定值器开关，将压

7、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节至测试时的最大值，仔细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，或出口水温基本恒定。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控制。六、实验操作原则及内容 (一).实验操作原则： 1先开水的开关，后开气的开关，并测量空气的温度。？ 2y1

8、每次都要测量，且要先测y2，后测y1，防止影响吸收的平衡。 3注意控制液封的水位，且要防止液泛。 4加热温度要小于50，。（电压95伏左右） 5改变控制条件时，要经过10 15 min时间稳定。 (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，计算组分回收率，传质推动力面ym和传质系数Kya。 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，计算组分回收率，传质推动力面ym和传质系数Kya。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，计算组分回收率，传质推动力面ym和传质系数Kya。七、实验数据记录及数

9、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：序号气体流量G / (L/h)水流量L / (L/h)气体进口浓度色谱峰高气体出口浓度色谱峰高水进口温度/水出口温度/混合气温度/12345 (四)计算结果序号气体流量GKmol / m2.h水流量LKmol / m2.hx1ymKya12345八、实验数据处理中注意事项说明： 1气

10、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： 2吸收剂的进口温度由半导体温度计测得，需计算全塔平均温度，来查得各组的m值。全塔平均温度为： 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y1， y2之比。 4. 丙酮的安托因方程系数 P：mmHgA：6.75.30B：1030.96C：209.83t： （545）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，传质推动力面ym和传质系数Kya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，传质推动力面ym和传质系数Kya的变化规律。 3从实验数据分析水吸收丙酮是气膜控制还是液膜控制，还是两者兼而有之