吸收实验

吸收实验

一、实验目的

1、了解填料吸收装置的基本流程及设备结构； 2、掌握吸收总系数的测定方法；

3、了解气体空塔速度和喷淋密度对总吸收系数的影响； 4、了解气体流速及压强降的关系。 二、实验任务

1、测定规定条件下的总吸收系数；

2、综合全班的实验结果，分析操作条件对总吸收系数的影响； 3、测定填料塔的流体力学性能。 三、实验原理

1. 填料塔的流体力学特性

吸收塔中填料的作用主要是增加气液两相的接触面积，而气体在通过填料层时，由于有局部阻力和摩擦阻力而产生压强降。

填料塔的流体力学特性是吸收设备的重要参数，它包括压强降和液泛规律。测定填料塔的流体力学特性是为了计算填料塔所需动力消耗和确定填料塔的适宜操作范围，选择适宜的气液负荷，因此填料塔的流体力学特性是确定最适宜操作气速的依据。

气体通过干填料（L=0）时，其压强降与空塔气速之间的函数关系在双对数坐标上为一直线，如图4-7中AB线，其斜率为1.8～2。当有液体喷淋时，在低气速时，压强降和气速间的关联线与气体通过干填料时压强降和气速间的关联线AB线几乎平行，但压降大于同一气速下干填料的压降，如图4-7中CD段。随气速的进一步增加出现载点（图中D点），填料层持液量开始增大，压强降与空塔气速的关联线向上

弯曲，斜率变大，如图（4-7）中DE段。当气速增大到E点，填料层持液量越积越多，气体的压强几乎是垂直上升，气体以泡状通过液体，出现液泛现象，此点E称为泛点。

2. 体积传质系数T的测定

反映填料吸收塔性能的主要参数之一是传质系数。影响传质系数的因素很多，因而对不同系统和不同吸收设备，传质系数各不相同，所以不可能有一个通用的计算式。工程上往往利用现有同类型的生产设备或中间试验设备进行传质系数的实验测定，作为放大设计之用。

本实验所用的混合气体中氨的浓度很低（<10a），吸收所得溶液浓度也不高，气、液两相的平衡关系可以被认为服从享利定律，故相应的吸收速率方程式为：

（1）

或 （2）

（3）

式中：：以气相浓度差（）为推动力的传质系数，kmol /m2× h；

：单位时间在塔内吸收的组分A的量，kmol /h；

A：气液两相的有效传质面积，m2；

a：单位体积填料层所提供的有效传质面积，m2/m3； DT ：塔内径，m；

H：填料层高度，m；

Δym：塔顶、塔底气相浓度差的对数平均值，摩尔分率；

T：体积传质系数，kmol /m3 × h。 可由吸收塔的物料衡算求得

（4）

式中：：混合气体的摩尔流量，kmol/h；

y1：塔底气相浓度，摩尔分率； y2：塔顶气相浓度，摩尔分率。 整理数据的步骤如下： （1）空气流量

标准状态下空气的流量用下式计算

（m3/h） （5）

式中： ：转子流量计示值，m3/h

T0、p0：标准状态下空气的温度和压强，K，mmHg柱； T1、p1：标定状态下空气的温度和压强，K，mmHg柱； T2、p21：使用状态下空气的温度和压强，K，mmHg柱。 2）氨气流量 标准状态下氨气流量

，用下式计算

（6）

?/P>

式中：

：转子流量计示值，m3/h；

T0、p0：标准状态下空气的温度和压强，K，mmHg柱； T1、p11：标定状态下空气的温度和压强，K，mmHg柱； T2、p21：使用状态下空气温度和压强，K，mmHg柱； ：标准状态下空气的密度，

=1.293kg/m3；

：标准状态下氨气的密度，=0.771kg/m3。

（3）混合气体的摩尔流量

(7)

（4）塔底气相浓度y1

（8）

（5）塔顶气相浓度y2

由尾气取样用气相色谱进行分析。 （6）平衡关系式

对于浓度小于10a的稀溶液，平衡关系服从亨利定律。平衡气相浓度Ye与液相浓度x的平衡关系式为

(9a)

（9b）

式中：m：相平衡常数；

E：享利系数，单位为大气压；

P：混合气体总压，单位为大气压（绝对压强）， P：大气压+塔顶表压+1/2塔内压差 X：液相浓度，摩尔分率。 （7）塔底液相浓度1

塔底液相浓度X1由物料衡算式计算

(10)

式中：：混合气体的摩尔流量，kmol/h；

L'：液体喷淋量，kmol/h；

y1、y2 ：塔底、塔顶气相浓度，摩尔分率；

X1、X2：塔底、塔顶液相浓度，摩尔分率。 因进塔为清水，X2=0

(11)

L'用下式进行计算：

（12）

式中：V水：水的流量，m3/h； ρ水 ：水的密度，kg/m3；

M水：水的摩尔质量，kg/kmol。 （8）Δym的计算 Δym用下式计算：

(13)

式中：y1：进塔气相浓度，摩尔分率； y2：出塔气相浓度，摩尔分率；

ye1：与x1相平衡之气相浓度，摩尔分率； ye2：与x2相平衡之气相浓度，摩尔分率。 （9）体积传质系数的计算 将

、Δym、H、DT代入（4-43）计算得体积传质系数T。

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