填料吸收塔的操作及吸收傳質(zhì)系數(shù)的測定

1、填料吸收塔的操作及吸收傳質(zhì)系數(shù)的測定 填料吸收塔的操作及吸收傳質(zhì)系數(shù)的測定一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康募叭蝿?wù) 一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康募叭蝿?wù)1、了解吸收過程的流程、設(shè)備結(jié)構(gòu)，并掌握吸收操作方法。2、在不同空塔氣速下，觀察填料塔中流體力學(xué)狀態(tài)。測定氣體通過填料層的壓降與氣速的關(guān)系曲線。3、本實(shí)驗(yàn)采用水吸收二氧化碳，測定填料塔的液側(cè)傳質(zhì)膜系數(shù)、總傳質(zhì)系數(shù)。4、通過實(shí)驗(yàn)了解 ΔP—u 曲線和傳質(zhì)系數(shù)對工程設(shè)計(jì)的重要意義。二、 二、實(shí)驗(yàn)原理 實(shí)驗(yàn)原理1、填料塔的流體力學(xué)特

2、性吸收塔中填料的作用主要是增加氣液兩相的接觸面積， 而氣體在通過填料層時(shí)， 由于有局部阻力和摩擦阻力而產(chǎn)生壓強(qiáng)降。填料塔的流體力學(xué)特性是吸收設(shè)備的重要參數(shù)，它包括壓強(qiáng)降和液泛規(guī)律。測定填料塔的流體力學(xué)特性是為了計(jì)算填料塔所需動力消耗和確定填料塔的適宜操作范圍，選擇適宜的氣液負(fù)荷，因此填料塔的流體力學(xué)特性是確定最適宜操作氣速的依據(jù)。氣體通過干填料 （L=0）時(shí)，其壓強(qiáng)降與空塔氣速之間的函數(shù)關(guān)系在雙對數(shù)坐標(biāo)上為一直線，如圖中 AB 線，其斜

3、率為 1.8～2。當(dāng)有液體噴淋時(shí)，在低氣速時(shí)，壓強(qiáng)降和氣速間的關(guān)聯(lián)線與氣體通過干填料時(shí)壓強(qiáng)降和氣速間的關(guān)聯(lián)線 AB 線幾乎平行，但壓降大于同一氣速下干填料的壓降， 如圖中 CD 段。 隨氣速的進(jìn)一步增加出現(xiàn)載點(diǎn) （圖中 D點(diǎn)） ，填料層持液量開始增大， 壓強(qiáng)降與空塔氣速的關(guān)聯(lián)線向上彎曲，斜率變大，如圖中DE 段。當(dāng)氣速增大到E 點(diǎn)，填料層持液量越積越多，氣體的壓強(qiáng)幾乎是垂直上升，氣體以泡狀通過液體，出現(xiàn)液泛現(xiàn)象，此點(diǎn)E 稱為泛點(diǎn)。2、傳

4、質(zhì)實(shí)驗(yàn)圖 1.雙膜模型濃度分布圖 圖 2.填料塔的物料衡算圖雙膜模型的基本假設(shè)，氣側(cè)和液側(cè)的吸收質(zhì) A 的傳質(zhì)速率方程可分別表達(dá)為氣膜 GA = kg A(pA－pAi) （1）液膜 GA = kLA(CAi－CA) （2）式中 GA——A 組分的傳質(zhì)速率，kmol · s–1A——兩相接觸面積，m2；令 HL ? Vs,LKLaS ，且稱 HL 為液相傳質(zhì)單元高度；NL ? ? CA ,1CA ,2dCA ，且稱 NL 為液

5、相傳質(zhì)單元數(shù)。 C?A ? CA因此，填料層高度為傳質(zhì)單元高度與傳質(zhì)單元數(shù)之乘積，即h = HL×NL (8)若氣液平衡關(guān)系遵循亨利定律，即平衡曲線為直線，則（7）式可用解析法解得填料層高度的計(jì)算式，亦即可用下列平均推動力法計(jì)算填料層高度和液相傳質(zhì)單元高度：h ? Vs,LKLaS ? CA,1 ? CA,2ΔCA,m(9)NL ? h h ? (10) NL CA,1 ? CA,2/ΔCA,m式中 ΔCA,m為液相平均推動力

6、，即ΔCA,m ? ΔCA,1 ? ΔCA,2 ΔCA,2 ln ΔCA,1* ? C * (CA,1 A,1) ? (CA,2 ? CA,2) ? (11)* ? C CA,2 A,2 ln* ? CA,1 CA,1因?yàn)楸緦?shí)驗(yàn)采用純水吸收純二氧化，則C*A,1 = C*A,2 =HPA,1 = HPA,2 (12)二氧化碳的溶解度常數(shù)，H =?cMc? 1（kmol · m–3 · Pa–1） (13) E式中 ρ

7、 c 為水的密度，kg · m–3；Mc 為水的摩爾質(zhì)量，kg · kmol–1；E 為亨利系數(shù)，Pa。因此， （10）式可簡化為ΔCA,m ? CA,1 (14) CA* ln CA*? CA,1又因本實(shí)驗(yàn)采用的物系僅遵循亨利定律，而且氣膜阻力可以不計(jì).在此情況下，整個(gè)傳質(zhì)過程阻力都集中于液膜， 即屬液膜控制過程， 則液側(cè)體積傳質(zhì)膜系數(shù)等于液相體積傳質(zhì)總系數(shù)，即k1a ? KLa ? Vs,L CA,1 ? CA,