化工原理試驗(yàn)報(bào)告-填料吸收塔傳質(zhì)系數(shù)的測(cè)定

1、轉(zhuǎn)盤(pán)萃取塔傳質(zhì)系數(shù)的測(cè)定化工原理實(shí)驗(yàn)報(bào)告一填料吸收塔傳質(zhì)系數(shù)的測(cè)定姓名：XXX學(xué)號(hào)： XXXXXXXXXXX學(xué)院：化學(xué)與化工學(xué)院專(zhuān)業(yè)：化學(xué)工程與工藝年級(jí)： 20XX 級(jí)實(shí)驗(yàn)日期： 20XX 年XX月XX日實(shí)驗(yàn)條件： 空氣流量5.0m3/h , CO2流量3.0L/min ,水流量0.40m 3/h福建師范大學(xué)Fujian Normal University轉(zhuǎn)盤(pán)萃取塔傳質(zhì)系數(shù)的測(cè)定填料吸收塔傳質(zhì)系數(shù)的測(cè)定一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、掌握吸收總傳質(zhì)系數(shù)？?威？?敢測(cè)定方法；2、了解填料吸收塔的結(jié)構(gòu)和流程，能定性分析操作條件的變化對(duì) 結(jié)果的影響；3、熟悉各儀器儀表的讀數(shù)方法，了解氣相色譜儀和六通閥的使用 方法。

2、二、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容本實(shí)驗(yàn)采用水吸收氣相物流中的 CO,在不同條件下，測(cè)定氣相 中CO進(jìn)出口濃度，并計(jì)算溶質(zhì)的吸收率？?，過(guò)程平均推動(dòng)力或吸收 因子，傳質(zhì)單元數(shù)？?液相總傳質(zhì)單元高度？?那總傳質(zhì)系數(shù)？?加。三、實(shí)驗(yàn)原理1、吸收原理（1）吸收操作吸收操作主要是利用氣體混合物的各組分在液體中的溶解性質(zhì) 不同，將其與適當(dāng)?shù)囊后w接觸，混合氣中易溶的一個(gè)或幾個(gè)組分便溶 于該液體內(nèi)形成溶液，而不能溶解的組分則仍留在氣相，從而實(shí)現(xiàn)氣 體混合物的分離。（2）吸收操作所用的液體稱為吸收劑或溶劑（S）;混合氣中被溶解 吸收的組分稱為吸收質(zhì)或溶質(zhì)（A）;不被吸收的組分稱為惰性組分 或載體（B）;所得到的溶液稱為吸收液；排出

3、氣體稱為吸收尾氣。2、吸收計(jì)算（1）吸收率？%被吸收的溶質(zhì)量（kmol）？（？ ？= = - =1-，？吸收前氣相中的溶質(zhì)總數(shù)？X、工一一分別表示初始與吸收終了時(shí)氣體中溶質(zhì)的摩爾比；1轉(zhuǎn)盤(pán)萃取塔傳質(zhì)系數(shù)的測(cè)定V惰|i氣體 B的流量，kmol/h。吸收率愈高表示氣體混合物的分離愈完全(2)對(duì)數(shù)平均推動(dòng)力法傳質(zhì)單元數(shù)的表達(dá)式中Y?或X?是液相或氣相的平衡組成，需要用 相平衡關(guān)系確定，CC2在水中的溶解平衡可視為直線，因此本實(shí)驗(yàn) 傳質(zhì)單元數(shù)的求解可用對(duì)數(shù)平均推動(dòng)力法或吸收因數(shù)法。 以下標(biāo)“1” 表示塔底截面，下標(biāo)“ 2”表示塔頂截面，對(duì)數(shù)平均推動(dòng)力法相關(guān)公 式如下：?- ? ?= ? ?式中 Xm為

4、過(guò)程平均推動(dòng)力，即?- ?=一?1n -1?吸收因數(shù)法的相關(guān)公式如下：1?=?4(1(?- ?)- (?- ?).?- ?1r?- ?- ?2?-?):+ ?1)? - ?1?1其中A= ?,麗為吸收因子，A愈大愈容易吸收。填料層高度?可得總傳質(zhì)系數(shù)，式中Q為塔截面積(m2),L為吸收劑流量(kmol/h )H = HclNcl,因此液相心傳質(zhì)單兀局度 Hcl = H /N cl。由Hcl =四、實(shí)驗(yàn)裝置1、裝置流程本裝置流程如圖1所示。由水泵將水送入填料塔頂經(jīng)噴頭噴淋 下來(lái)流經(jīng)填料層。由風(fēng)機(jī)將空氣和由鋼瓶來(lái)的 eq一起送入氣體混合 罐，經(jīng)填料塔底與水在塔內(nèi)進(jìn)行逆流接觸，進(jìn)行質(zhì)量和熱量的交換，

5、 由塔頂出來(lái)的尾氣放空，塔底出來(lái)的吸收液經(jīng)下水道排出。由于本實(shí) 驗(yàn)為低濃度氣體的吸收，所以熱量交換可略，整個(gè)實(shí)驗(yàn)過(guò)程可視為等 溫操作。2、主要設(shè)備參數(shù)轉(zhuǎn)盤(pán)萃取塔傳質(zhì)系數(shù)的測(cè)定表1主要設(shè)備的相關(guān)參數(shù)填料塔主要參數(shù) TOC o 1-5 h z 填料塔內(nèi)徑/mm100-填料層高度/mm2000氣相色譜儀主要參數(shù)載氣He檢測(cè)器類(lèi)型TCD柱前壓0.25氣相色譜儀溫控面板設(shè)置檢測(cè)器溫度DT/C130進(jìn)樣器溫度IJ/ C130柱箱溫度OV/C150橋電流CU/mA150衰減001圖1萃取塔實(shí)驗(yàn)裝置流程簡(jiǎn)圖3轉(zhuǎn)盤(pán)萃取塔傳質(zhì)系數(shù)的測(cè)定1液體出口閥2; 2一風(fēng)機(jī)；3液體出口閥1; 4一氣體出口閥；5一出塔氣體取樣

6、口； 6-U型壓差計(jì)；7填料層；8塔頂預(yù)分布器；9一進(jìn)塔氣體取樣口；10玻璃轉(zhuǎn)子流量計(jì)(0.44m3 h) 1; 11混合氣體進(jìn)口閥1; 12混合氣體進(jìn)口閥2;13一孔板流量計(jì)；14渦輪流量計(jì)；15一水箱；16水泵五、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1、訓(xùn)練儀表讀數(shù)方法，記錄所以出現(xiàn)的儀表讀數(shù)。2、本實(shí)驗(yàn)采用清水吸收氣相物流中的 CQ,請(qǐng)分別在下列條件下， 測(cè)定氣相中的進(jìn)出口濃度，計(jì)算溶質(zhì)的吸收率 Ea。操作條件：空氣流量5.0m3/h , CQ流量3.0L/min ,水流量0.40m3/h 3、實(shí)驗(yàn)步驟(1)檢查吸收裝置的氣路和水路源頭：水箱和混合罐(排冷凝水)。(2)打開(kāi)面板總電源、儀表電源開(kāi)關(guān)，進(jìn)行儀表自檢，按

7、照實(shí)驗(yàn)內(nèi) 容設(shè)定水流量和空氣流量。儀表的設(shè)定方法：儀表面板功能鍵(調(diào)至流量設(shè)定界面)長(zhǎng)按左移鍵由手動(dòng)M變?yōu)樽詣?dòng)A用上下鍵增加或減 少設(shè)定值最后按確定鍵。(3)開(kāi)啟水泵(打到自動(dòng))，讓水進(jìn)入填料塔潤(rùn)濕填料。(4)啟動(dòng)風(fēng)機(jī)(打到自動(dòng))。(5)打開(kāi)CQ鋼瓶總閥，并緩慢調(diào)節(jié)鋼瓶的減壓閥(約0.1MPa即可， 太大易使系統(tǒng)內(nèi)部憋壓，剛開(kāi)始可能管路內(nèi)部憋了一些氣體， 顯示的 壓力比較高，隨著實(shí)驗(yàn)進(jìn)行，氣體流完，減壓閥的壓力會(huì)降低，要再調(diào)至0.1MPa,請(qǐng)時(shí)刻保持各表t數(shù)正確)，調(diào)節(jié)CQ轉(zhuǎn)子流量計(jì)的 流量，使其穩(wěn)定在要求的設(shè)定值。(6)等待色譜恒溫后，設(shè)定橋電流，確認(rèn)通電(輕微的噠啦聲)。 各項(xiàng)儀器參數(shù)已調(diào)

8、至最佳。(7)開(kāi)電腦桌面上的N2000在線工作站，選擇”通道1 “，點(diǎn)擊”采 集數(shù)據(jù)“按鈕看基線，待無(wú)毛刺、基線穩(wěn)定以后，將基線調(diào)至約0.5mV。(先粗調(diào)，后細(xì)調(diào))。(8)氣相色譜準(zhǔn)備就緒后即可開(kāi)始在線取樣測(cè)試，分析出塔頂、塔 底氣體組成。取樣依靠氣相色譜儀左側(cè)的六通閥，將六通閥撥向”取 樣“位置，取樣時(shí)間13min ,然后將六通閥撥向”進(jìn)樣“位置，同轉(zhuǎn)盤(pán)萃取塔傳質(zhì)系數(shù)的測(cè)定時(shí)按下數(shù)據(jù)采集手柄通道 A的黑色按鈕，等待出峰，約510min ,共 兩個(gè)峰，第一個(gè)峰大約在1min左右，第二個(gè)峰大約在4min左右。(9)色譜曲線的定量分析可用T2100的再處理軟件。(10)實(shí)驗(yàn)完畢，教師認(rèn)可后，按順序

9、關(guān)閉 CQ鋼瓶總閥和減壓閥， CQ轉(zhuǎn)子流量計(jì)，停水泵、風(fēng)機(jī)，關(guān)閉儀表電源、裝置總電源，關(guān)閉 進(jìn)水閥門(mén)，清理實(shí)驗(yàn)儀器和實(shí)驗(yàn)場(chǎng)地，恢復(fù)原狀，保持清潔。先停水 再停氣的順序可防止液體從進(jìn)氣口倒壓破壞管路及儀器。六、實(shí)驗(yàn)注意事項(xiàng)1、進(jìn)水閥打開(kāi)，按下浮頭看是否順利出水，如果發(fā)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)當(dāng)天 水流量過(guò)小，可從洗手池水龍頭引水至水箱，時(shí)刻注意水箱液位既不 要低于泵入口，也不要溢出水箱。2、實(shí)驗(yàn)過(guò)程中改變參數(shù)會(huì)有滯后， 請(qǐng)耐心等待，慢慢增減流量。3、注意塔底液封控制：仔細(xì)調(diào)節(jié)液體出口閥的開(kāi)度，使塔底液 位緩慢地在一段區(qū)間內(nèi)變化，以免塔底液封過(guò)高溢滿或過(guò)低而泄氣。4、待塔操作穩(wěn)定后，讀取各流量計(jì)的讀數(shù)及通過(guò)溫度計(jì)、

10、壓差 計(jì)、壓力表讀取各溫度、塔頂塔底壓差讀數(shù)。在填料塔操作條件改變 后，需要有較長(zhǎng)的穩(wěn)定時(shí)間，一定要等到穩(wěn)定以后方能讀取有關(guān)數(shù)據(jù)。如何看穩(wěn)定：第一，面板各參數(shù)應(yīng)不變，液封位置應(yīng)穩(wěn)定；第二， 每隔10min色譜進(jìn)樣一次,若再處理中面積百分比變化不超過(guò)2%即 認(rèn)為穩(wěn)定。5、數(shù)據(jù)處理時(shí)，使用外標(biāo)法，認(rèn)為入口濃度為已知，其原理簡(jiǎn) 單說(shuō)即響應(yīng)因子f = x已知/ Area已知，x未知=f x Area未知。由 于CQ在水中的溶解度很小，因此，在分析組成時(shí)一定要仔細(xì)認(rèn)真， 這是做好本實(shí)驗(yàn)的關(guān)鍵.七、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)及數(shù)據(jù)處理1、主要參數(shù)轉(zhuǎn)盤(pán)萃取塔傳質(zhì)系數(shù)的測(cè)定表1填料吸收塔傳質(zhì)系數(shù)的測(cè)定數(shù)據(jù)記錄 液相溫度：18.

11、9 C,氣相溫度27.9 C項(xiàng)目及單位數(shù)值 TOC o 1-5 h z 液體流量（？?3?）040氣體流量？?3?5.0CQ轉(zhuǎn)子流量計(jì)示數(shù)（？?3.055mmH 2O266027(2.61654%)246645(2.39188%)塔頂塔底壓差（Pa） 入口二氧化碳峰面積（） 出口二氧化碳峰面積（）2、數(shù)據(jù)處理過(guò)程:（1）吸收率的計(jì)算?(?(?(? 1 * , 0 1 W /a 1 I 4 1 ?混合氣廣？?混合氣 廣？?(昆合氣)=0.04543?3Q06+ 5.0?3? X 0.00034?3? X 0.9997f(? = ?= ?=?/?x?x?x22.4 _?x?x?s?x22.4 =?

12、x? ?x ?刃?x?9975535266027X 0.0454 =1.70？/八?= ? x?= 1.70 X24664510065109=0.0417?=1-?=1- .? 1 ? 10.04170.0454=0.0815（2）由于此吸收過(guò)程為液膜控制，所以溫度取18.9 C用插值法得：E= 1.396 X 105?2)言 x? X*?停徹=27.69 ?效?22， ？蓊作？添準(zhǔn)4轉(zhuǎn)盤(pán)萃取塔傳質(zhì)系數(shù)的測(cè)定5.0+ 3.0 X0.06224273X-)?0.00785273 + 17.4=27.69 ?(? ?2)一?x?余?0.40 X1000? ?二？備= -?0.00785?久4 -1

13、8=2830.86 ?(? ?/)?= ?x (?- ?) = 27.69/2830.86 X (0.0454 - 0.0417)=3.62 X10-5m = ?=1.396 X105 _101.325 -1.38 X1031?= ?T7?n(1?+ ?1 ?,-1-0.0454?=? _2亞?- 5.9011 X10-5=33891.99?A= ?(?)= 2830.86 ?(1.38 X 103 X27.69) = 0.0741 - 0.074 1n(1 - 0.074) X 0.0454 - 0.074 X3.62 X10-5 + 0.0741=5.9011 X10-5?= ?尸 283

14、0.86 ?33891.99 = 0.084 ?(? -?2)(3)計(jì)算及實(shí)驗(yàn)結(jié)果列于下表表2計(jì)算及實(shí)驗(yàn)結(jié)果匯總表項(xiàng)目及單位n入口濃度？(為0.0454出口濃度？?(為0.0417吸收率？30.0815吸收因子A0.074傳質(zhì)單元數(shù)？?？(m)5.9011 X10-5傳質(zhì)單元高度？?/? (m)33891.997轉(zhuǎn)盤(pán)萃取塔傳質(zhì)系數(shù)的測(cè)定總傳質(zhì)系數(shù)？? ？?？?？ ?W)0.084(4)原始數(shù)據(jù)記錄(見(jiàn)附件)七、實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論1、實(shí)驗(yàn)結(jié)論(1)在應(yīng)用氣相色譜儀進(jìn)行取樣測(cè)試的時(shí)候，沒(méi)有操作好，就 將其測(cè)試平臺(tái)關(guān)閉，導(dǎo)致為后面重新操作的時(shí)候無(wú)法產(chǎn)生兩個(gè)峰，第一個(gè)在1min左右的CQ峰只出現(xiàn)半個(gè)，第二

15、個(gè)峰面積、峰高度也同 其他組數(shù)據(jù)相差甚多，造成了麻煩。整個(gè)實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，CC2基本沒(méi)有進(jìn)入填料塔進(jìn)行填料吸收。(2)操作過(guò)程掌握的還不夠熟練，導(dǎo)致操作效率低下，這點(diǎn)需 要重點(diǎn)注意。(3)進(jìn)樣測(cè)試沒(méi)有預(yù)期效果的好，這也是檢驗(yàn)操作的好不好的 一個(gè)重點(diǎn)，今后實(shí)驗(yàn)操作一定要很熟悉。2、實(shí)驗(yàn)規(guī)律在液相流量和CC2流量不變時(shí)，若0 QCC2時(shí)，溶質(zhì)的吸收率隨氣相流量的增大而減小。八、思考題1、測(cè)定Kxa有什么工程意義？答：可以通過(guò)流體力學(xué)性能來(lái)判斷填料塔的一系列的性能 ，比如 說(shuō)壓降等。2、為什么二氧化碳吸收過(guò)程屬于液膜控制？答：易溶氣體的吸收過(guò)程是氣膜控制，如 HCl, NH3吸收時(shí)的 阻力主要在氣相，反之對(duì)于 CC2等難溶物質(zhì)，傳質(zhì)阻力主要在液相 的就屬于液膜控制。3、當(dāng)氣體溫度和液體溫度不同時(shí)，應(yīng)用什么溫度計(jì)算？轉(zhuǎn)盤(pán)萃取塔傳質(zhì)系數(shù)的測(cè)定答：液體溫度，因?yàn)楹嗬梢话氵m應(yīng)于稀溶液，如難溶氣體的 溶解，這種溶解的傳質(zhì)過(guò)程屬于液膜控制（m值大），液體的影響比 較大，故選擇液體溫度。4、從傳質(zhì)推動(dòng)力和傳質(zhì)阻力兩方面分析吸收劑流量和溫度對(duì)吸 收過(guò)程的影響。答：當(dāng)液相阻力較小時(shí)，增加液體流量，總傳質(zhì)系數(shù)基本不變， 溶質(zhì)