填料吸收装置实验指导书.doc

填料吸取装置
实验指导书

填料塔吸取传质系数的测定
一、实验目的
1．了解填料塔吸取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、基本原理
气体吸取是典型的传质过程之一。由于CO2气体无味、无毒、便宜，所以气体吸取实验常选择CO2作为溶质组分。本实验采用水吸取空气中的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，所以吸取的计算方法可按低浓度来解决，并且此体系CO2气体的解吸过程属于液膜控制。因此，本实验重要测定Kxa和HOL。
1． 计算公式
填料层高度Z为

式中： L 液体通过塔截面的摩尔流量，kmol / (m2·s)；
Kxa 以△X为推动力的液相总体积传质系数，kmol / (m3·s)；
HOL 液相总传质单元高度，m；
NOL 液相总传质单元数，无因次。
令：吸取因数A=L/mG
 
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；
（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，E＝f(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

可得x1 。
三、实验装置
1． 装置流程

1－液体出口阀1；2－风机；3－液体出口阀2；4－气体出口阀；5－出塔气体取样口；6－U型压差计；7－填料层；8－塔顶预分离器；9－进塔气体取样口；10－气体小流量玻璃转子流量计（0.4-4m3/h）；11－气体大流量玻璃转子流量计（2.5-25 m3/h）；12－液体玻璃转子流量计（100-1000L/h）；
13－气体进口闸阀V1；14－气体进口闸阀V2；；15－液体进口闸阀V3；16－水箱；17－水泵；18－液体进口温度检测点；19－混合气体温度检测点；20－风机旁路阀
图5-1 吸取装置流程图

本实验装置流程：由自来水源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，进行质量和热量的互换，由塔顶出来的尾气放空，由于本实验为低浓度气体的吸取，所以热量互换可略，整个实验过程当作是等温操作。
2．重要设备
（1）吸取塔：高效填料塔，塔径100mm，塔内装有金属丝网波纹规整填料或θ环散装填料，填料层总高度2023mm.。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JWB—700Y，规格φ100×100mm，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
空气
4m3/h
0.5 m3/h
空气
20℃ 1.0133×105Pa
CO2
2L/min
0.2 L/min
CO2
20℃ 1.0133×105Pa
水
600L/h
20 L/h
水
20℃ 1.0133×105Pa
在本实验中提供了两种不同量程的玻璃转子流量计，使得气体的流量测量范围变大，实验更加准确。
（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、实验环节与注意事项
1．实验环节
（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空气压缩机电源开关，进行仪表自检；
（4）启动进水阀门，让水进入填料塔润湿填料，仔细调节液体转子流量计，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3－5 m3/h；液体流量0.6-0.8 m3/h；CO2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，运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，（实验完毕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，需要有较长的稳定期间，一定要等到稳定以后方能读取有关数据。
五、实验报告
1．将原始数据列表。
2．在双对数坐标纸上绘图表达二氧化碳解吸时体积传质系数、传质单元高度与气体流量的关系。
3．列出实验结果与计算示例。
六、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．为什么二氧化碳吸取过程属于液膜控制？
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？
液泛的因素：' i4 `: z3 c7 q+ s
1、降液板底隙太小，导致降液管处液相成分增多，最后漫到上一层塔板。: ^( H/ p/ p9 {
2、上升蒸汽量太大，导致液相下降阻力增大: H+ E' _$ S$ [' }( c( @" `
3、进料量增长，解决但是来，导致降液阻力太大
4、回流量、蒸汽量同时增长，导致了液层增长5 [7 r" ~( r1 E
解决方法：; N/ c2 `$ U7 V5 ^
1、整改降液板底隙2 \% l0 ~7 X- |& v/ [$ {
2、减少上升蒸汽量7 i2 X$ r) M+ _8 f
3、减少进料量
4、减少蒸汽量、回流量