填料吸收综合实验(改编)

填料吸收塔试验填料吸收塔试验 一 一 实验目的实验目的 1 了解填料塔的流体力学性能 2 学习填料吸收塔传质单元高度 HOL 体积吸收系数 KXa 和回收率的测定方法 二 二 实验内容实验内容 1 观察流体在填料吸收塔中的操作状态 测定 P Z u 关系曲线并确定液泛气速 2 测定填料吸收塔的传质单元高度及体积吸收系数 测定液膜传质系数随液体喷淋量的关系 三 三 实验原理实验原理 吸收塔的液泛气速数据在塔的设计和操作中起着非常重要的作用 所以本实验通过测定 P Z u 关系曲线和观察实验现象两种方法来确定 液泛气速 吸收系数是决定吸收速率高低的重要参数 获得吸收系数绝大多数的方法是采用实验的方 法 对于相同的物料系统和一定的设备 填料的类型和尺寸 吸收系数将随着操作条件及气 液接触状况的不同而变化 CO2是难溶于水的气体 故液膜阻力控制着整个吸收过程速率的大小 所以 在其它条件 不变的前提下 随着液体喷淋量的增大 吸收系数也相应增大 本实验所用气体混合物是 CO2与空气混合物 用水做吸收剂 由于吸收液中 CO2的浓度 不高 可认为气 液平衡关系服从亨利定律 可用方程 Y mX 表示 且因是常压操作 故相 平衡常数 m 值仅是温度的函数 CO2在水中的吸收属于液膜控制 根据总传质系数的计算公式 对于液膜控制的气体吸收 其液相总传质系数和液膜传质系数近似相等 即 1 因此 通过测定液相总传质系数 KX即可测定出液膜传质系数 kX 根据填料层高度的计算 式 2 式中 NOL HOL分别可依下列公式进行计算 3 其中 4 m OL X XX N 21 2 1 21 ln X X XX Xm XX kK OLOLH HZ 5 式中 Z 填料层的高度 m HOL 液相总传质单元高度 m NOL 液相总传质单元数 无因次 X1 X2 进 出口液体中溶质组分的摩尔比 Skmol Akmol Xm 所测填料层两端面上气相推动力的平均值 m 相平衡常数 无因次 KXa 液相总体积吸收系数 kmol m3 h L 水的摩尔流率 kmol S h 填料塔截面积 m2 2 4 D 在稳定操作的状况下 测得填料塔进出口处气 液流量及浓度后 可根据物料恒算及平衡 关系计算 NOL 再根据设备的尺寸及填料层高度即可计算体积吸收系数 Kxa 对于液膜控制的 气体吸收 液膜传质系数只和液体喷淋量有关 通过实验检测液膜吸收系数随液体喷淋量的关 系 四 四 实验装置实验装置 1 实验流程图实验流程图 aK L H X OL 14 图 1 填料吸收塔实验装置流程示意图 1 鼓风机 2 空气流量调节阀 3 空气转子流量计 4 温度计 5 液封管 6 吸 收液取样口 7 填料吸收塔 8 CO2瓶阀门 9 CO2转子流量计 10 CO2流量 调节阀 11 水转子流量计 12 水流量调节阀 13 U 型管压差计 14 CO2钢瓶 2 实验流程介绍实验流程介绍 空气由鼓风机 1 送入空气转子流量计 3 计量 空气通过流量计处的温度由温度计 4 测量 空气 流量由放空阀 2 调节 CO2由 CO2瓶送出 经过 CO2瓶总阀 8 进入 CO2转子流量计 9 计量 CO2 通过转子流量计处温度由实验时大气温度代替 其流量由阀 10 调节 然后进入空气管道与空气混 合后进入吸收塔 7 的底部 水由自来水管经水转子流量计 11 水的流量由阀 12 调节 然后进入塔 顶 五 五 实验方法实验方法 1 测量干填料层 P Z u 关系曲线 1 打开调节阀 2 然后启动鼓风机 2 用阀 2 调节进塔的空气流量 3 按空气流量由小到大的顺序读取填料层压强降 P 转子流量计处空气温度及空气 表压强 4 根据读数 计算 P Z 空塔气速 u 5 在对数坐标纸上以空塔气速 u 为横坐标 以 P Z 为纵坐标 绘制干填料层 P Z u 关系曲线 2 测量某喷淋量下填料层 P Z u 关系曲线并观察液泛现象 1 调节阀 11 通过转子流量计调节水喷淋量为 20L h 2 用阀 2 调节进塔的空气流量 3 按空气流量由小到大的顺序读取填料层压强降 P 转子流量计处空气温度及空气 表压强 4 注意观察塔内的操作现象 一旦看到液泛现象时 记下对应的空气流量及读数 发生液泛后仍需缓慢增加气速 再测 3 组 P Z u 数据 5 在对数坐标纸上标出液体喷淋量为 20L h 下 P Z u 关系曲线 并由图确定液泛 气速 将此数据与所观察的数据进行比较 6 改变水喷淋量 重复上述步骤 测定不同喷淋量时 P Z u 关系曲线 观察不同 喷淋量下液泛发生时对应气体流量的变化趋势 3 测定传质吸收系数 1 调节水喷淋量为 30L h 2 选择合适的 CO2流量 并根据所选 CO2流量计算为保证混合气体中 CO2组分浓度 为 0 3 摩尔分率 所需空气流量 3 用空气流量调节阀把空气流量调至规定值处 打开 CO2瓶总阀 不要开得太大 用 CO2减压阀调节 CO2流量至预定值 4 在严格控制空气 CO2及水流量固定不变的条件下 稳定操作一段时间 约 20 分 钟 之后 开始取样测定浓度并记录实验数据 包括记录各流量计读数 空气温 度 塔底排出液的温度以及空气表压强 并分析塔底吸收液的浓度 在测之前要 做好取样分析浓度的各种准备 5 二氧化碳含量的测定 用移液管吸取 0 05M 的 Ba OH 2溶液 10mL 放入具塞三角瓶中 并从塔底 取样口处接收塔底溶液 10mL 用胶塞塞好 并振荡 溶液中加入 2 3 滴酚酞指 示剂 最后用 0 1M 的盐酸滴定到粉红色消失的瞬间为终点 记录所消耗的盐酸 体积 按下式计算得出溶液中二氧化碳的浓度 6 空气及 CO2流量保持不变 加大或减小水喷淋量 重复以上操作 测定有关数据 六 六 实验注意事项实验注意事项 1 开启 CO2瓶总阀前 应关闭减压阀和 CO2流量调节阀 2 实验时严格按照实验操作方法规定的步骤操作 以免发生事故 3 启动鼓风机前 务必先全开放空阀 2 4 作分析时动作迅速 以免二氧化碳溢出 5 空气及 CO2流量计需要按实际的温度 压强重新进行标定 七 七 实验数据表实验数据表 表表 1 干填料时干填料时 P z u 关系测定关系测定 填料层高度 Z 塔径 D 序 号 填料层 压强降 mmH2O 空气转子 流量计读 数 m3 h 空气流量 计处空气 温度 空气表压 强 mmH2O 单位高度填 料层压强降 mmH2O m 对应空气流 量 m3 h 空塔气速 m s 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 Lmol V VCVC C HClHClOHBaOHBa CO 2 2 2 2 2 溶液 12 表表 2 湿填料时湿填料时 P z u 关系测定关系测定 序号填料层 压强降 mmH2O 空气转 子流量 计读数 m3 h 空气流量 计处空气 温度 空气表 压强 mmH2O 单位高度填 料层压强降 mmH2O m 对应空 气流量 m3 h 空塔 气速 m s 操作 现象 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 表表 3 填料吸收塔传质实验数据表填料吸收塔传质实验数据表 被吸收的气体混合物 吸收剂 填料种类 填料尺寸 填料层高度 塔内径 空气转子流量计读数 m3 h 空气转子流量计处空气温度 流量计处空气的体积流量 m3 h CO2转子流量计读数 m3 h CO2转子流量计处温度 流量计处 CO2的体积流量 m3 h 水流量 m3 h Ba OH 2的浓度 mol l 加入 Ba OH 2的体积 ml 盐酸的浓度 mol l 滴定消耗盐酸的体积 l 滴定空白液用盐酸的体积 l 样品的体积 l 塔底液相的温度 相平衡常数 塔底气相浓度 kmolCO2 kmol 空气 塔顶气相浓度 kmolCO2 kmol 空气 塔底液相浓度 kmolCO2 kmol 水 气相总传质单元数 NOG 气相总传质单元高度 HOG 水的摩尔流量 L kmol h 液相总体积吸收系数 KXa 八 八 实验结果分析实验结果分析 将实验数据整理在数据表中 并用其中一组数据写出计算过程 将 p Z u 的关系在双对数坐标纸上表示出来 从 p Z u 关系曲线中确定出液泛气速与 实际观测的结果是否相符合 为什么 由实验结果得出在其他不变的情况下增大水的流量 N