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文檔簡介

1、實驗十二 填料吸收塔的操作及吸收傳質(zhì)系數(shù)的測定一、實驗?zāi)康?、了解填料吸收塔的結(jié)構(gòu)和流程。2、了解吸收劑進口條件的變化對吸收操作結(jié)果的影響。3、掌握吸收總體積傳質(zhì)系數(shù)和的測定方法。二、基本原理1、測氣相總體積傳質(zhì)系數(shù)的原理氣相總體積傳質(zhì)系數(shù)由填料層高度公式?jīng)Q定YY1Y2XX1X2圖12-1 吸收操作線和平衡線操作線平衡線Y=mX(12-1) (12-2)式中氣相總傳質(zhì)系數(shù),mol/m2·h;塔頂、塔底氣相平均推動力;填料的有效比表面積,m2/m3;氣相總體積吸收傳質(zhì)系數(shù),mol/m3·h。(1)Z填料層高度m,根據(jù)所裝填料的高度直接測量。(2)塔截面積m2,而D塔徑為已知。

2、(3)V情性氣體摩爾流量(空氣)mol/ h,根據(jù)理想氣體狀態(tài)方程可知:,p壓力Pa,壓力表測量空氣壓力;qv體積流量m3/h,轉(zhuǎn)子流量計測量(注意讀數(shù)為實驗條件20、1atm下的,可直接利用公式進行計算,如果用操作條件則需要進行換算,其依據(jù)為);T空氣溫度K,溫度計測量。(4)Y1,穩(wěn)定操作后(各儀表讀數(shù)恒定5min)測量氣體進口濃度(丙酮的摩爾分率),取樣后采用氣相色譜儀分析,測得的是丙酮的質(zhì)量分率。(5)Y2,穩(wěn)定操作后(各儀表讀數(shù)恒定5min)測量氣體出口濃度(丙酮的摩爾分率),取樣后采用氣相色譜儀分析,測得的是丙酮的質(zhì)量分率。(6)氣相平均推動力將吸收操作線和平衡線在坐標紙上作圖,如

3、圖12-1所示在平衡線為直線或近似為直線時,操作線與平衡線之間的垂直距離即為塔頂與塔底氣相推動力。(7)X2=0(吸收劑中不含丙酮,為清水)。(8)Y*2mX2,m相平衡常數(shù),m=E/p,E亨利常數(shù),在一定溫度下查表可得丙酮在水中的E;p系統(tǒng)操作壓力。(可直接查找附錄后面的m表)(9)Y1*=mX1,X1全塔物料衡算可得:V(Y1 Y2 ) = L (X1 X2),而L吸收劑水的摩爾流量mol/ h,L=qv/M, qv-轉(zhuǎn)子流量計測量水的體積流量。 2、吸收塔的操作和調(diào)節(jié)吸收操作的結(jié)果最終表現(xiàn)在出口氣體的組成上,或組成的回收率上?;厥章实亩x為(12-3)吸收塔的氣體進口條件是由前一工序決定

4、的,控制和調(diào)節(jié)吸收操作結(jié)果的是吸收劑的進口條件:流率L、溫度t、濃度x2三個要素。(1)流量 改變吸收劑水的用量是對吸收過程進行調(diào)節(jié)的最常用的方法,改變的是操作線。當V值一定的情況下,吸收劑用量增大,液氣比增大,操作線遠離平衡線,吸收過程的推動力增大,吸收速率提高,回收率增大,出口氣體組成y2 減小。(2)吸收劑入口溫度 當溫度改變時,不影響吸收操作線,影響的是平衡線。降低吸收劑的溫度,使氣體溶解度增大,相平衡常數(shù)減小,從而平衡線下移,操作線與平衡線之間距離增大,推動力增大,吸收效果好,尾氣濃度y2降低。(3)吸收劑進口濃度 降低x2,液相進口處的推動力增大,全塔平均推動力也增大,從而有利于吸

5、收過程回收率的提高,降低尾氣濃度y2。三、實驗裝置和流程1、設(shè)備主要尺寸(1)填料吸收塔塔徑直徑×厚度(mm)塔身高度(mm)填料名稱填料層高度(mm)填料尺寸(mm)41×3500瓷質(zhì)拉西環(huán)4006×6×1(2)恒壓槽尺寸(mm)吸液管在槽中插入深度(mm)300×4103702、裝置及流程實驗裝置包括空氣輸送,丙酮汽化,氣體混和以及吸收劑供給和氣液兩相在填料塔中逆流接觸等部分,其流程示意圖12-2所示。(1)空氣壓縮機(2)壓力表(3)空氣壓縮機旁路閥(4)空氣壓力調(diào)節(jié)閥(5)液體恒壓槽(6)氣動壓力定值器(7)壓力表(8)空氣流量計(9)

6、丙酮汽化器(10)空氣加熱器(11)丙酮蒸汽空氣混合器(12)水預(yù)熱器(13)填料吸收塔(14)轉(zhuǎn)子流量計(15)液封T1、T2、T3、T4溫度計(T1空氣進口或預(yù)熱溫度;T2空氣丙酮汽化溫度;T3水進口溫度;T4溶液出口溫度)V4、V6、V10流量調(diào)節(jié)閥V3、V5、V7、V8、V9、V11啟閉閥A1、A2氣體進出口取樣口由空壓機的空氣經(jīng)過預(yù)熱后進入裝有丙酮的丙酮汽化器,產(chǎn)生丙酮空氣混和氣體,從輸氣管道由吸收塔的底部進入,在填料塔內(nèi)與水逆流接觸,被吸收掉大部分丙酮后,從塔頂排出。由恒壓液位槽5流出的吸收劑(水),經(jīng)轉(zhuǎn)子流量計14計量,并預(yù)熱到一定溫度后由塔頂噴入吸收塔,與上升的氣體逆流接觸,最

7、后經(jīng)液封裝置15排入吸收液貯槽。說明:(1)空氣輸送壓縮機,吸收操作在加壓下有利,溶解度增大。(2)丙酮汽化當氣溫比較低時,丙酮汽化有困難,則需要將空氣加熱,從而汽化丙酮。(3)液封吸收塔底部的排液管成U形,目的是起液封作用,以防止氣體倒灌。(4)填料塔其結(jié)構(gòu)有殼體、填料(關(guān)鍵部件)、液體分布裝置、液體再分布裝置(塔比較高時有,改善壁流效應(yīng))、填料支承柵板。四、實驗操作步驟及實驗內(nèi)容1、操作方法(1)將液體丙酮用漏斗加入到丙酮氣化器,液位高度約為液位計高度的2/3以上。(2)關(guān)閉閥V3向恒壓槽送水以槽內(nèi)水裝滿而不溢出為度,關(guān)閉閥門V5。(3)啟動空氣壓縮機,調(diào)節(jié)壓縮機使空氣包內(nèi)的氣體達到0.0

8、50.1Mpa時,打開V2,然后調(diào)節(jié)氣動壓力定值器,使進入系統(tǒng)的壓力恒定在0.03Mpa。(4)打開V6,調(diào)節(jié)吸收劑流量(建議為5、8、10)打開V4,調(diào)節(jié)空氣流量(建議為400500L/h)(開:先開水再開氣;關(guān):先關(guān)氣再關(guān)水)(5)室溫大于15時,空氣不需要加熱,配制混合氣氣相組成在12%14%(mol%)左右;如若室內(nèi)溫度偏低,可預(yù)熱空氣,使達到要求。(6)要改變吸收劑溫度來研究其對吸收過程的影響,則打開液體加熱電子調(diào)節(jié)器,溫度35。(7)各儀表讀數(shù)恒定5min以后,即可記錄或取樣分析有關(guān)數(shù)據(jù),再按預(yù)先設(shè)計的實驗方案調(diào)節(jié)有關(guān)參數(shù)。(8)A1為取樣測,A2為取樣測-氣相色譜儀測質(zhì)量分率。(

9、9)閥V10為控制塔底液面高度,以保證有液封。(10)以上操作方法,均以被吸收組分例如:丙酮在常溫、常壓下為液體而設(shè)計。若被吸收組分在常溫常壓下為氣體時,可以本設(shè)備的基礎(chǔ)上增設(shè)一條被吸收組分的管路及計量裝置,與汽化器的加料口連接,將汽化器作為緩沖裝置使用,仍可完成正常的操作。2、實驗內(nèi)容(1)采且丙酮、空氣-水吸收系統(tǒng),配制1015%(mol%)的丙酮空氣混合氣體,水為吸收劑,氣液兩相在填料吸收塔內(nèi)作逆流接觸。(2)改變吸收劑流率L,在穩(wěn)定操作條件下測定氣體進出口濃度、,計算組分回收率和吸收傳質(zhì)系數(shù)和。(3)改變吸收劑的進口溫度,穩(wěn)定操作后測定氣體進出口濃度、計算組分回收率和吸收傳質(zhì)系數(shù)和。五

10、、數(shù)據(jù)記錄表序號T1/T2/T3/T4/qv/L/h,20,1atmqv/L/h,20ym1ym2p/MPa123六、數(shù)據(jù)處理示例與處理表序號V/mol/hL/mol/hY1Y2mX1YmKYa123七、思考題1、分析吸收劑流量和吸收劑溫度對吸收過程的影響?2、從水進出口溫度實驗數(shù)據(jù)分析水吸收丙酮屬于哪種吸收?水用量增加后溶液出口溫度如何變化?為什么?3、填料吸收塔塔底為什么必須有液封裝置,液封裝置是如何設(shè)計的?4、在本實驗室的吸收實驗中,壓縮機的作用?填料吸收塔的關(guān)鍵部件是什么?吸收操作調(diào)節(jié)的參數(shù)有哪些?附圖:丙酮在水(水溶液)中的溶解曲線附表一:丙酮空氣混合氣體中丙酮的飽和濃度數(shù)據(jù)在1.2

11、3atm條件丙酮在空氣中的飽和濃度與溫度的關(guān)系:空氣溫度010152025303540丙酮飽和濃度%(mol)8.511.414.617.924.430.938.246.3附表二:丙酮、空氣混合氣體中丙酮的極限濃度與空氣溫度的關(guān)系(壓強為1.2×105Pa)空氣溫度010152025303540%(mol)8.511.414.617.924.430.938.246.3附表三:丙酮的平衡溶解度液相濃度x平衡分壓kPa10203040500.010.9061.5992.7064.3997.7040.021.7993.0664.9987.97112.1290.032.6924.4797.13111.06316.5280.043.4665.7058.99718.86220.6600.055.1856.83810.79616.52824.5250.064.7457.75712.26318.79427.7240.075.3188.66413.59620.92630.9230.085.7719.43114.92822.79333.7220.096.29710.19716.12824.52536.2550.106.74410.98017.06126.25838.654據(jù)上表數(shù)據(jù)可擬合得到如下算式:上式的標準誤差為9.03%。考慮到氣體吸收計算采用的關(guān)系式,在液相濃度較低

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