1、 了解填料吸收塔的結構和流體力學 學習填料吸收塔傳質能力和傳質效率的測定方 1測定填料層壓強降與操作氣速的關系，確定填料塔在某液體噴淋量下的液 。2采用水吸收二氧化碳，空氣解吸水中二氧化碳，測定填料塔的液側傳質膜系數和總傳質系數。1氣體通過填料層的壓強 降壓強降是塔設計中的重要參數，氣體通過填料層壓強降的大小決定了塔的動力消耗。壓強降與氣液流量有關，不同噴淋量下的填料層的壓強降 P的關系如圖 所示：L L L321=L00aPk3,2P10u , 圖 6-1-1 填料層的 u關系當無液體噴淋即噴淋量 時，干填料的 u的關系是直線，如圖中的直 線。當有0一定的 時， Pu 的關系變成折線，并存在

2、兩個轉折點，下轉折點稱為“載點”，上轉折點稱為“泛點”。這兩個轉折 Pu 關系分為三個區段：恒持液量區、載液區與液泛區。2傳質性能吸收系數是決定吸收過程速率高低的重要參數，而實驗測定是獲取吸收系數的根本途徑。對于相同的物系及一定的設備（填料類型與尺寸），吸收系數將隨著操作條件及氣液接觸狀況的不 （1） 膜系數和總 數根據雙膜模型的基本假設，氣相側和液相側的吸收 質的傳質速率方程可分別表達為G k (p p )氣膜液膜（6-1-7）（6-1-8）AgAAiG k C C )AlAiA33GA 組分的傳 kmoIs式中：；1AA 兩相接觸面 m ；2PA氣側 A組分的平均分壓 ；PAi相界面上 A

3、組分的平均 Pa；C液側A 組分的平均 kmol m3ACkmol m相界面上 組分的濃度3Aikmol m s Pak 以分壓表達推動力的氣側傳質膜系 ;211gmsk 以物質的量濃度表達推動力的液側傳質膜系數 ，。1lP = PC ，F2A2A2LAAiAidhPCAAA氣膜液膜P +dPC +dCAAAAP =PC ，F1A 1A1L圖 6-1-2雙膜模型的濃度分布 圖圖6-1-3 填料塔的物 圖以氣相分壓或以液相濃度表示傳質過程推動力的相際傳質速率方程又可分別表達 為G K (p p )（6-1-9）AAGAG K C C )（6-1-10）AALAp式中： 液相中 A組分的實際濃度所

4、要求的氣相平衡分 Pa；AC氣相中A組分的實際分壓所要求的液相平衡濃 mA3；系K 以氣相分壓表示推動力的總傳質系數或簡稱為氣相傳質總數，Gkmol m s Pa1 ；2134msK 以氣相分壓表示推動力的總傳質系 。1LC Hp若氣液相平衡關系遵循 ，則AA111（6-1-11）（6-1-12）KkGgl1H 1KkkLgl當氣膜阻力遠大于液膜阻力時，則相際傳質過程式受氣膜傳質速率 K = k ；Gg反之，當液膜阻力遠大于氣膜阻力時，則相際傳質過程受液膜傳質速率控 K = k。Ll如圖6-1-3所示，在逆流接觸的填料層內，任意截取一微分段，并以此為衡算系統，則由吸收質 的物料衡 ：FdG d

5、CL（6-1-13a）AAL s式中：F 液相摩爾流 1；L m 液相摩爾密 3。L根據傳質速率基本方程 dG K C C )aSdh（6-1-13b）（6-1-13c）AALA聯立上兩式 ：FdCdh LAK aSC CLLAA式中：a 氣液兩相接觸的比表面 m m ；2-1S 填料塔的橫 ，m 。2本實驗采用水吸收二氧化碳，已知二氧化碳在常溫常壓下溶解度較小，因此，液相摩爾流 率和摩 度 的比值，亦即液相體 ） 和兩L相接觸比 積，在整個填料層內為一定值，則按下列邊值條件積分 6-1-13c），可得填料層高度的計算 ：C Ch=0 ，h=h ，A.2C CAA1VdCh CsLA（6-1-

6、14）1K aSC CCLA2AA35VH 令，且稱 HL為液相傳質單 （HTUsLK aSLLdCN CA，且稱 NL為液相傳質單 A1C CLCA2AA因此，填料層高度為傳質單元高度與傳質單元數之乘 h = H N（6-1-15）LL若氣液平衡關系遵循享利定律，即平衡曲線 6-1-14）為可用解析法解得填料層高度的計算式，亦即可采用下列平均推動力法計算填料層的高度或液相傳 ：VC Ch （6-1-16）（6-1-17）sL1A2K aSCLAmhhN HC C )/CLL1A2C式中為液相平均推動力 .mC CC C )C C )A21C （6-1-18）1A2A21CCC CAmA2In

7、ln.21A21C C1因為本實驗采用純水吸收二氧化碳 C C C Hp（6-1-19）（6-1-20）1A2AA二氧化碳的溶解度常數 ，1H komlm Paw31M Ewkgm ;式中： 水的密度，3wkgkmolM 水的摩爾質 1 ；wE 二氧化碳在水中的享利 Pa。因此，式（6-1-18）可簡化為CC 1CAmAlnC CA1因本實驗采用的物系不僅遵循亨利定律，而且氣膜阻力可以不計，在此情況下，整個傳質過程阻力都集中于液膜，即屬液膜控制過程，則液側體積傳質膜系數等于液相體積傳質總系 即36V C Ck a K a （6-1-21）sL1A2hSCl（1）仿真工藝圖LAm圖 1. CO2

8、吸收解吸現場圖（2）主體設備根據對裝置 。表 1名稱干燥設備的 識用途壓力容器敞口容易填料塔存儲吸收劑解吸吸收過 的吸 吸收 CO2 非變頻動力裝置P101P102風機水泵提供吸收液 非變頻動力37裝置非變頻動力裝置解吸泵（3）測量儀表根據對流程的認識，在下面的表格中填寫相 。表 2測量儀表認 識位號吸收液溫度TI02（4）實驗流程說 明吸收質（純二氧化碳氣體）由鋼瓶經二次減壓閥和轉子流量計 1體由下向上經過填料層與液相水逆流接觸，到塔頂經放 P102提供，經轉子流量 計 進入塔頂，再噴灑而下；吸收后溶液由塔底流入塔底液料罐中由解吸泵P103經 FI 進入解 FI04流量計進入解吸塔塔底由下向

9、上經過填料層與液相逆流接觸 閥1 ，U形液柱壓差計用以測量填料層的 。【實驗步驟】 測量吸收塔 P）u 關系曲線 先全開閥門 與進入吸收塔的空氣進 1 FI04上的閥門 ，將 5的閥門打開少許，關閉解吸塔的空氣進氣 閥3 V 和空氣流量計 再利用閥V調節進塔的空氣流量?？諝饬髁堪磸男〉酱蟮?層 （U形液柱壓差計），然后在對數坐標上以空 u為橫坐標，以單位高度 降PZ 為縱坐標，標繪干填料 PZ)u關系曲線 。 測量吸收塔在某噴淋量 層(PZ)u關系曲線 ：38先打開流量 計2上的閥門，然后打開泵 2的 40L（水的流量因 、轉子流量計讀數和流量計處空氣溫度，并注意觀察塔內的操作現象，一旦看到液

10、泛現象時，記下對應的空氣轉子流量計讀數。在對數坐標紙上標出液體噴淋量為 Lh Pu關系曲線，從圖上確定液泛氣速，并與觀察的液泛氣速相 二氧化碳吸 數 ：吸收塔（水流量為 6 /h） 打開閥門 V V 調節水流量 計 到給定值，然后打開二氧化碳鋼瓶頂上的針閥，二氧化碳流量一般控制 /h左右為宜，操作達到穩定狀態之后，測量塔底的水溫，同時點擊取 3 或 V ）取樣，測定兩塔塔頂、塔底溶液中二氧化碳的 取樣閥。（實驗時要注意吸收塔水流量計和解 要一致，并注意吸收塔下的儲料罐中的液位，對各流量計及時調節以達到實驗時的操作條件 二氧化碳含 定設定中和用氫氧化鋇濃度，氫氧化鋇體積，滴定鹽酸濃 能得出消耗的

11、鹽 。注意事項】 開啟 CO2總閥前，要先關閉自動減壓閥，開啟開度不 。 實驗時要注意吸收塔水流量計和解吸塔水流量計要一致，并注意吸收塔下的儲料罐中的液位 。報告內容】 實驗數據的計算及結果 填料塔流體力學性能測定（以設備填料塔干填料時 第4組數據 轉子流量計 1.5.0m/h；轉子流量計處空氣溫度 ；填料層壓降 U326.0 mmH2O因為空氣流量計處溫度 20，需要對讀數進行校正，所以空氣實際體積流量 為(273t ) p實(27320) pV V 標 mh3實讀實實u 空塔氣速2 （m/s）（ /4D39單位填料層 P（mmH2O ）ZP為縱坐標作 P 關系曲線，u在對數坐標紙上以空塔氣

12、速為橫坐 標，uZZ見圖 2。 傳質實驗（以設備吸收塔的傳質實 ）(a).吸收液消耗 積V =8.3 ml，則吸收液濃 ：1CVC VBa()2Ba()2HCl HClCkmol/m31V因純水中含有少量的二氧化碳，所以純水滴定消耗鹽酸體積，則塔頂水中 濃度 CVC V()2() C2A2V由化工原理下冊吸收這一章可查得 亨利 則 CO2的溶解度常數 為1kmolm PaH w 31MEw塔頂和塔底的平衡濃度 為CC * H P1A20液相平均推 為C C（C * C )C * C )C CA2C 1A2A21A211 1A2AmCA2C* C* CC* Clnln A2ln A2A21C1C

13、C* C11因本實驗采用的物系不僅遵循亨利定律，而且氣膜阻力可以不計，在此情況下，整個傳質過 程阻力都集中于液膜，即屬液膜控制過程，則液側體積傳質膜系數等于液相體積傳質總系 V C Ck a K a sL1A2hSClLAm同樣可以求得拉西環的傳質實驗結 實驗結果列 表填料層壓強序 降 mmH2O號空塔氣速mmH2O/m3/h40123456強 降操作現象1011121314被吸收的氣 : 純 CO ; 吸收劑水;2塔類型填料種類填料尺寸填料層高度流量計處 C 的體積流量水轉子流量 數水流量4123樣品的體積A1A23平衡濃度CA*平均推動力22液相體積傳 數附錄msYa表五 二氧化碳在水中的

14、亨利 溫度，10 ，-5kPa60CO0.738 0.888 1.05 1.24 1.44 1.66 1.88 2.12 2.36 2.60 2.87 3.4621、下列關于體積傳質系數與液泛程度的關系正確 ：、液泛越厲害 越小b、液泛越厲害 越大c、Kya隨液泛程度先增 少d、Kya 隨液泛程度無變 化2、關于亨利定律與拉烏爾定律計算應用正確的是 ：、吸收計算應用亨利定律b、吸收計算應用拉烏爾定 律、精餾計算應用亨利定律d、精餾計算應用拉烏爾定 律3、關于填料塔 p與 u和噴 l的關系正確的是 ：、u 越大， p 越大42b、u 越大， p 越小c、l越大， p 越大d、l越大， p 越小4

15、、判斷下列諸命題是否正 、噴淋密度是指通過填料層的液體量、噴淋密度是指單位時間通過填料層 d、噴淋密度是指單位時間通過單位面積填料層的 積5、干填料及濕 降氣速曲線的 、對干填料 u P/Z 增大b、對干填料 u P/Z 不變c、對濕填料 uP/Z 增大d、載點以后泛 u增 P/Z不變、泛點以后 u P/Z 增大6、測定壓降-氣速曲線的 、確定填料塔 b、確定填料塔 、確定填料層 d、選擇適當的 7、測定傳質系 數的 、確定填料塔 b、計算填料塔 、確定填料層 d、選擇適當的 8、為測取壓降 - 速曲線需測下列哪組 、測流速、壓降和大氣 壓b、測水流量、空氣流量、水溫和空氣 、測塔壓降、空氣轉子流量計讀數、空氣溫度、空氣壓力和