化工原理实验报告-填料吸收塔传质系数的测定

化工原理实验报告填料吸收塔传质系数的测定姓名：XXX学号：XXXXXXXXXXX学院：化学与化工学院专业：化学工程与工艺年级：20XX级实验日期：20XX年XX月XX日实验条件：空气流量5.0m3/h，CO2流量3.0L/min，水流量0.40m3/h福建师范大学FujianNormalUniversity填料吸收塔传质系数的测定一、实验目的1、掌握吸收总传质系数K&或、a的测定方法；2、了解填料吸收塔的结构和流程，能定性分析操作条件的变化对结果的影响；3、熟悉各仪器仪表的读数方法，了解气相色谱仪和六通阀的使用方法。二、实验内容本实验采用水吸收气相物流中的CO2，在不同条件下，测定气相中CO2进出口浓度，并计算溶质的吸收率％，过程平均推动力或吸收因子，传质单元数》迎,液相总传质单元高度H°^和总传质系数匕°。三、实验原理1、吸收原理（1）吸收操作吸收操作主要是利用气体混合物的各组分在液体中的溶解性质不同，将其与适当的液体接触，混合气中易溶的一个或几个组分便溶于该液体内形成溶液，而不能溶解的组分则仍留在气相，从而实现气体混合物的分离。（2）吸收操作所用的液体称为吸收剂或溶剂（S）；混合气中被溶解吸收的组分称为吸收质或溶质（A）；不被吸收的组分称为惰性组分或载体（B）；所得到的溶液称为吸收液；排出气体称为吸收尾气。2、吸收计算（1）吸收率虬HE=被吸收的溶质量（kmol）=，（*-%）=]_%A吸收前气相中的溶质总数—，*一飞Y0、Ye——分别表示初始与吸收终了时气体中溶质的摩尔比；

V——惰性气体B的流量，kmol/ho吸收率愈高表示气体混合物的分离愈完全。(2)对数平均推动力法传质单元数的表达式中Y*或X*是液相或气相的平衡组成，需要用相平衡关系确定，CO2在水中的溶解平衡可视为直线，因此本实验传质单元数的求解可用对数平均推动力法或吸收因数法。以下标“1”表示塔底截面，下标“2”表示塔顶截面，对数平均推动力法相关公式如下：N==OL^Xm式中AXm为过程平均推动力，即_XX1-XX2_(Xj-X1)-(X项-x2)m~^X2Y1Y1-mX2*川11Nol=1-^ln[(1-⑴Y-mx1其中A=L/mV,称为吸收因子，A愈大愈容易吸收。填料层高度H=HolNol,因此液相总传质单元高度Hol=H/NOLo由Hol=工Kxa可得总传质系数，式中Q为塔截面积(m2),L为吸收剂流量(kmol/h)o四、实验装置1、装置流程本装置流程如图1所示。由水泵将水送入填料塔顶经喷头喷淋下来流经填料层。由风机将空气和由钢瓶来的CO2一起送入气体混合罐，经填料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，塔底出来的吸收液经下水道排出。由于本实验为低浓度气体的吸收，所以热量交换可略，整个实验过程可视为等温操作。2、主要设备参数

表1主要设备的相关参数填料塔主要参数填料塔内径/mm填料层高度/mm1002000气相色谱仪主要参数载气He检测器类型TCD柱前压0.25气相色谱仪温控面板设置检测器温度DT/°C130进样器温度IJ/C130柱箱温度OV/C150桥电流CU/mA150衰减001图1萃取塔实验装置流程简图1—液体出口阀2；2—风机；3—液体出口阀1；4—气体出口阀；5—出塔气体取样口；6-U型压差计；7—填料层；8一塔顶预分布器；9—进塔气体取样口；10—玻璃转子流量计（0.4~4m3・h-1）；11—混合气体进口阀1；12—混合气体进口阀2；13—孔板流量计；14—涡轮流量计；15—水箱；16—水泵五、实验内容1、训练仪表读数方法，记录所以出现的仪表读数。2、本实验采用清水吸收气相物流中的CO2，请分别在下列条件下，测定气相中的进出口浓度，计算溶质的吸收率£3。操作条件：空气流量5.0m3/h，CO2流量3.0L/min，水流量0.40m3/h3、实验步骤（1）检查吸收装置的气路和水路源头：水箱和混合罐（排冷凝水）。（2）打开面板总电源、仪表电源开关，进行仪表自检，按照实验内容设定水流量和空气流量。仪表的设定方法：仪表面板功能键（调至流量设定界面）长按左移键由手动M变为自动入用上下键增加或减少设定值最后按确定键。（3）开启水泵（打到自动），让水进入填料塔润湿填料。（4）启动风机（打到自动）。（5）打开CO2钢瓶总阀，并缓慢调节钢瓶的减压阀（约0.1MPa即可，太大易使系统内部憋压，刚开始可能管路内部憋了一些气体，显示的压力比较高，随着实验进行，气体流完，减压阀的压力会降低，要再调至0.1MPa，请时刻保持各表读数正确），调节CO2转子流量计的流量，使其稳定在要求的设定值。（6）等待色谱恒温后，设定桥电流，确认通电（轻微的哒啦声）。各项仪器参数已调至最佳。（7）开电脑桌面上的N2000在线工作站，选择”通道1“，点击”采集数据“按钮看基线，待无毛刺、基线稳定以后，将基线调至约0.5mV。（先粗调，后细调）。（8）气相色谱准备就绪后即可开始在线取样测试，分析出塔顶、塔底气体组成。取样依靠气相色谱仪左侧的六通阀，将六通阀拨向”取样“位置，取样时间1〜3min，然后将六通阀拨向”进样“位置，同时按下数据采集手柄通道A的黑色按钮，等待出峰，约5〜10min,共两个峰，第一个峰大约在1min左右，第二个峰大约在4min左右。（9）色谱曲线的定量分析可用T2100的再处理软件。（10）实验完毕，教师认可后，按顺序关闭CO2钢瓶总阀和减压阀，CO2转子流量计，停水泵、风机，关闭仪表电源、装置总电源，关闭进水阀门，清理实验仪器和实验场地，恢复原状，保持清洁。先停水再停气的顺序可防止液体从进气口倒压破坏管路及仪器。六、实验注意事项1、进水阀打开，按下浮头看是否顺利出水，如果发现实验当天水流量过小，可从洗手池水龙头引水至水箱，时刻注意水箱液位既不要低于泵入口，也不要溢出水箱。2、实验过程中改变参数会有滞后，请耐心等待，慢慢增减流量。3、注意塔底液封控制：仔细调节液体出口阀的开度，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、待塔操作稳定后，读取各流量计的读数及通过温度计、压差计、压力表读取各温度、塔顶塔底压差读数。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。如何看稳定：第一，面板各参数应不变，液封位置应稳定；第二，每隔10min色谱进样一次，若再处理中面积百分比变化不超过2%即认为稳定。5、数据处理时，使用外标法，认为入口浓度为已知，其原理简单说即响应因子f=x已知/Area已知，x未知=fxArea未知。由于CO2在水中的溶解度很小，因此，在分析组成时一定要仔细认真，这是做好本实验的关键.七、实验数据及数据处理1、主要参数表1填料吸收塔传质系数的测定数据记录液相温度：18.9C，气相温度27.9C项目及单位数值液体流量（m3/h）0.40气体流量m3/h5.0CO2转子流量计示数（L/mS）3.0塔顶塔底压差（Pa）55mmH2O入口二氧化碳峰面积（）266027(2.61654%)出口二氧化碳峰面积（）246645(2.39188%)2、数据处理过程:（1）吸收率的计算丫=可。2）=，（％2）=Q（C02）0_九（混合气）—，（混合气）—Q（混合气）3L/minX0.06+5.0m3/hX0.0003.__八八八二=0.04544m3/hX0.9997AXmXMX22.4刀X，Af(%2)=^=九=刀：Xm：XM：X22.4=刀：Xf=苛X*9975535…、-X0.0454=1.70

266027Y=f(CO)X丰=1.70XJ4?64：=0.0417。八2，不10065109SE=1-^L=1-黑4；7=0.0815^F0.0454（2）由于此吸收过程为液膜控制，所以温度取18.9°C。用插值法得：E=1.396X105*Fq=27.69moZ/(h•m2)G=xI标准X°操作/凸2）22.4I操作°标准/七4^

5.0+=27.69moZ/(h•m2)=(…X—)/0.00785v22.4273+17.4〃=27.69moZ/(h•m2)0.40X0.40X1000/-——18/0.00785=2830.86mol/(h-m2)X]=G/Lx(Yi-Y2)=27.69/2830.86X(0.0454-0.0417)=3.62X10-5/1.396X105m=E/P==1.38X103/101.325N=1/[(1-X)J-吃2+x]N=1/[(1-X)J-吃2+x]0LT-一叫0.04541„___ln[(1-0.074)X八……__“+0.074]1—0.074K)0.0454-0.074X3.62X10-5J=5.9011X10-5H,=亡=—=33891.99mol%5.9011X10-5KXa=L/Hql=2830.86/33891.99=0.084kmoZ/(h•m2)（3）计算及实验结果列于下表表2计算及实验结果汇总表项目及单位数值—入口浓度*（%）0.0454出口浓度匕（%）0.0417吸收率易0.0815H吸收因子a0.074传质单元数N。，（m）5.9011X10-5传质单元高度H〃（m）33891.99总传质系数KXa/kmol/（h•m2）0.084（4）原始数据记录（见附件）七、实验结果与讨论1、实验结论（1）在应用气相色谱仪进行取样测试的时候，没有操作好，就将其测试平台关闭，导致为后面重新操作的时候无法产生两个峰，第一个在1min左右的CO2峰只出现半个，第二个峰面积、峰高度也同其他组数据相差甚多，造成了麻烦。整个实验过程中，CO2基本没有进入填料塔进行填料吸收。（2）操作过程掌握的还不够熟练，导致操作效率低下，这点需要重点注意。（3）进样测试没有预期效果的好，这也是检验操作的好不好的一个重点，今后实验操作一定要很熟悉。2、实验规律在液相流量和CO2流量不变时，若Q气＜QCO2时，溶质的吸收率随气相流量的增大而增大；若两者相等时，溶质的吸收率达到最大；若Q气＞QCO2时，溶质的吸收率随气相流量的增大而减小。八、思考题1、测定Kxa有什么工程意义？答：可以通过流体力学性能来判断填料塔的一系列的性能,比如说压降等。2、为什么二氧化碳吸收过程属于液膜控制？答：易溶气体的吸收过程是气膜控制，如HCl，NH3，吸收时的阻力主要在气相，反之对于CO2等难溶物质，传质阻力主要在液相的就属于液膜控制。3、当气体温度和液体温度不同时，应用什么温度计算？答：液体温度，因为亨利定律一般适应于稀溶液，如难溶气体的溶解，这种溶解的传质过程属于液膜控制血值大），液体的影响比较大，故选择液体温度。4、从传质推动力和传质阻力两方面分析吸收剂流量和温度对吸收过程的影响。答：当液相阻力较小时，增加液体流量，总传质系数基本不变，溶质吸收量的增加主要是由于传质平均推动力增大引起的；当液相阻力较大时，增加液体流量，总传质系