1、化工原理实验报告学院： 专业： 班级：姓名 学号 实验组号实验日期 指导教师 成绩实验名称 填料塔吸收传质系数的测定一、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了解气相色谱仪和六通阀的使用方法。二、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，所以气体吸收实验常选择 CO2 作为溶质组分。本实验采用水吸收空气中的 CO2 组分。一般 CO2 在水中的溶解度很小，即使预先将一定量的 CO2 气体通入空气中混合以提高空气中的 CO2 浓度，水中的 CO2 含量仍然很低，所以吸收的计算方法可按低浓度来处理，并且此体系 CO2 气体的
2、解吸过程属于液膜控制。因此，本实验主要测定 Kxa 和 HOL。计算公式填料层高度 Z 为OLxaNHdKLdz 120式中： L 液体通过塔截面的摩尔流量，kmol / (m2s)；Kxa 以X 为推动力的液相总体积传质系数，kmol / (m3s)；HOL 液相总传质单元高度，m；NOL 液相总传质单元数，无因次。令：吸收因数 A=L/mG )1ln(12AxyANOL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）和有关公式换算成空气和水的摩尔流量。（2）测定填料层高度 Z 和塔径 D；（3）测定塔顶和塔底气相组成 y1 和 y2；
3、（4）平衡关系。本实验的平衡关系可写成y = mx 式中： m 相平衡常数，m=E/P；E 亨利系数，Ef(t)，Pa，根据液相温度由附录查得；P 总压，Pa，取 1atm。对清水而言，x2=0,由全塔物料衡算 )()(2121xLyG可得 x1 。三、实验装置1装置流程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；6U 型压差计；7填料层；8塔顶预分布器；9进塔气体取样口；10玻璃转子流量计（0.44m 3/h）；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水泵图 7-1 吸收装置流程图本实验装置流程：由自来水源
4、来的水送入填料塔塔顶经喷头喷淋在填料顶层。由风机送来的空气和由二氧化碳钢瓶来的二氧化碳混合后，一起进入气体混合罐，然后再进入塔底，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，由于本实验为低浓度气体的吸收，所以热量交换可略，整个实验过程看成是等温操作。2主要设备（1）吸收塔：高效填料塔，塔径 100mm，塔内装有金属丝网波纹规整填料或 环散装填料，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：金属丝网波纹规整填料：型号 JWB700Y，规格 100100mm
5、，比表面积700m2/m3。（3）转子流量计：介质 条 件常用流量 最小刻度 标定介质 标定条件CO2 2L/min 0.2 L/min CO2 20 1.0133105Pa（4）空气风机：型号：旋涡式气机（5）二氧化碳钢瓶；（6）气相色谱分析仪。四、实验步骤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）打开混合罐底部排空阀，排放掉空气混合贮罐中的冷凝水；（3）打开仪表电源开关及风机电源开关，进行仪表自检； （4）开启进水阀门，让水进入填料塔润湿填料，仔细调节玻璃转子流量计，使其流量稳定在某一实验值。（塔底液封控制：仔细调节液体出口阀的开度，使
6、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）启动风机，打开 CO2 钢瓶总阀，并缓慢调节钢瓶的减压阀； （6）仔细调节风机旁路阀门的开度（并调节 CO2 调节转子流量计的流量，使其稳定在某一值；）建议气体流量 35 m 3/h；液体流量 0.6-0.8 m3/h；CO 2 流量 2-3L/min。 （7）待塔操作稳定后，读取各流量计的读数及通过温度、压差计、压力表上读取各温度、塔顶塔底压差读数，通过六通阀在线进样，利用气相色谱仪分析出塔顶、塔底气体组成；（8）实验完毕，关闭 CO2 钢瓶和转子流量计、水转子流量计、风机出口阀门，再关闭进水阀门，及风机电源开关，（
7、实验完成后我们一般先停止水的流量再停止气体的流量，这样做的目的是为了防止液体从进气口倒压破坏管路及仪器）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。五、原始数据记录原始数据记录表流量 温度 含量%水（m 3/h）气体总流量（m 3/h）CO2(L/min)空气 水 进口 出口0.6 4 2.5 22.3 13.5 0.0199 0.24490.7 4 2.5 22.3 13.5 0.0199 0.35520.8 4 2.5 22.3 13.5 0.0199 0.25
8、02六、数据处理 (1)单位换算：水：0.6m 3/h=600kg/h=（600/3600）*4/(*18)=0.01179kmol/m 2.s0.7m3/h=700kg/h=（700/3600）*4/(*18)=0.01375kmol/m 2.s0.8m3/h=800kg/h=（800/3600）*4/(*18)=0.01572kmol/m 2.s气体流量：4m 3/h=（4/3600）*4/（*22.4）=6.316*10 -5kmol/m2.s二氧化碳：2.5L/min=0.06*2.5 m3/h =0.15m3/h=(0.15/3600)*4/（*22.4）=2.368*10 -6 k
9、mol/m2.s(2)数据处理：1.液体流量为 0.6m3/h，气体流量为 4m3/h 求算 Kxa，及 HOL方法已知 L=0.01179kmol/m2.s G=6.316*10-5kmol/m2.s m=1420A=L/mG=0.01179/(6.316*10-5*1420)=0.1315)1ln(baAmxyANOL =2.6451m=110.1315ln【 （ 10.1315） 0.0022490.000199+0.1315】又h 0=2mOLxNHdKLd12ahH OL= h0/NOL=2/2.6451=0.756mKxa=G/HOL=6.316*10-5/0.756=8.354*
10、10-5 kmol/m3.s2.液体流量为 0.7m3/h，气体流量为 4m3/h 求算 Kxa，及 HOL方法与第一步相似已知 L=0.01375kmol/m2.s G=6.316*10-5kmol/m2.s m=1420A=L/mG=0.01375/(6.316*10-5*1420)=0.1533)1ln(baAmxyANOL =3.2191m=110.1533ln【 （ 10.1533） 0.0035520.000199+0.1533】又h 0=2mOLxNHdKLd12ahH OL= h0/NOL=2/3.2191=0.621mKxa=G/HOL=6.316*10-5/0.621 =1
11、.017*10-4kmol/m3.s3.液体流量为 0.8m3/h，气体流量为 4m3/h 求算 Kxa，及 HOL方法与第一步相似已知 L=0.01572kmol/m2.s G=6.316*10-5kmol/m2.s m=1420A=L/mG=0.01572/(6.316*10-5*1420)=0.1753)1ln(baAmxyANOL =2.8563m=110.1753ln【 （ 10.1753） 0.0025020.000199+0.1753】又h 0=2mOLxNHdKLd12ahH OL= h0/NOL=2/2.8563=0.701mKxa=G/HOL=6.316*10-5/0.70
12、1 =9.001*10-5kmol/m3.s七、实验结果及讨论通过对本次实验的数据进行收集分析作图，经过分析得到传质系数受液体流量的影响较大，受气体流量的影响较小，随着气体流量增大，传质系数增加，在后面的数据分析发现，由于传质系数受气体流量变化很小，其中有两个偏差很大的点只是相对偏差较大，而绝对误差偏差很小。可以近似认为等于理论值，在图表解析的过程中，传质系数几乎不受气体流量的影响。八、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？答：保证塔内液面，防止气体漏出,保持塔内压力.U 形管液封所需高度是由系统内压力(P1 塔顶气相压力)、冷凝器气相的压力 (P2)及管道压力降(h,)等参
13、数计算确定的。可按式(4.0.1-1)计算:H=(P1 一 P2)X10.2/Y 一 h-式中 H.,-最小液封高度，m;P1,系统内压力;P2受液槽内压力;Y液体相对密度 ;h-管道压力降(液体回流道塔内的管线)一般情况下，管道压力降(h-)值较小，可忽略不计，因此可简化为 H=(P1 一 P2)X10.2/Y 为保证液封效果，液封高度一般选取比计算所需高度加 0.3m-0.5m 余量为宜。2测定 Kxa 有什么工程意义？答：传质系数 Kxa 是气液吸收过程重要的研究的内容，是吸收剂和催化剂等性能评定、吸收设备设计、放大的关键参数之一。3. 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,反之就是液膜控制.对于 CO2 的溶解度和 HCl 比起来差远了,应该属于液膜控制。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？答：液体温度,因为亨利定律一般适应于稀溶液,如难容气体的溶解,这种溶解的传质过程属于液膜控制（m 值大）,液体的影响比较大,故选择液体温度。指导教师意见签名：年 月 日
