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1、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
2、测定 Kxa 和 HOL 。 1）计算公式 填料层高度Z 为 OLOL x x xa Z NH xx dx K L dZz 1 2 0 （6 1） 式中：L 液体通过塔截面的摩尔流量，kmol / (m 2s) ； Kxa X为推动力的液相总体积传质系数，kmol / (m 3s) ； HOL 传质单元高度，m ； N OL 传质单元数，无因次。 令：吸收因数A=L/mG （6 2） )1ln( 1 1 11 21 A mxy mxy A A NOL （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
3、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 （64） 式中： m 相平衡常数，m=E/P ； E 亨利系数， Ef(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。 63 实验装置与流程 1装置流程 本实验装置流程如图61 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，
4、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 61 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 10050mm ，比表面积700m2/m3 。 （ 3）转子流量计； 介质 条件 最大流量最小刻度
5、标定介质标定条件 空气6m3/h 0.1 m 3/h 空气201.013310 5Pa CO2160 L/h 10 L/h 空气201.013310 5Pa 水1000L/h 20 L/h 水201.013310 5Pa （ 4）层叠风机：气量090m3/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 。 64 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40
6、0L/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2m 3/ h，并调节CO2调节转子流量计的流量，使其稳定在 100L/h 160 L/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
7、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。 65 实验报告 1) 将原始数据列表。 2） 列出实验结果与计算示例。 66 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？
8、 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？ 67 实验数据记录及数据处理结果示例 实验装置： 1#； 操作压力115.0kPa V1 气 量 m 3/h V2水量 L/h 塔底 wt % 塔顶 wt % T1气温T2液温 2.0 800 3.7078 2.2652 7.5 5.3 计算结果 塔底液相组成：0.002504mol % ；塔顶液相组成：0.0 mol % ； 液相总传质单元数：4.3 ； 液相总传质系数：3322.7 Kmol/(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/mi
9、n 进样量： 1ml 检测器温度：78 进样器温度：80 柱温： 40 原料气： 峰号峰名保留时间峰高峰面积含量 1 空气 0.407 137583.594 349031.469 96.2846 2 二氧化碳 0.665 3877.412 13440.753 3.7078 尾气： 峰号峰名保留时间峰高峰面积含量 1 空气 0.323 142736.094 355399.406 97.7348 2 二氧化碳 0.590 2326.473 8236.945 2.2652 时间(min) 10 电 压 ( m v ) 3 2 1 0 0 .4 0 7 0 .6 6 5 1 .1 5 7 时间(min) 0.90.850.80.750.70.650.60.550.50.450.40.350.30.250.20.150.10.050 电 压 ( m v ) 2 1 0 9 7 .7 3 5 2 .2 6 5