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填料吸收塔的操作 及 吸收传质系数的测定 主讲教师 :. 吸收概述 吸收操作是气体混合物的重要分离方法,它是将气体混 合物与适当的液体接触(气液逆流或并流),气体中一 种或多种组分溶解于溶液中,不能溶解的组分仍留在气 相中,从而利用各组分在液体中溶解度的差异而使气体 中不同组分分离的操作。混合气体中,能够溶解于液体.

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Παρουσίαση με θέμα: "填料吸收塔的操作 及 吸收传质系数的测定 主讲教师 :. 吸收概述 吸收操作是气体混合物的重要分离方法,它是将气体混 合物与适当的液体接触(气液逆流或并流),气体中一 种或多种组分溶解于溶液中,不能溶解的组分仍留在气 相中,从而利用各组分在液体中溶解度的差异而使气体 中不同组分分离的操作。混合气体中,能够溶解于液体."— Μεταγράφημα παρουσίασης:

1 填料吸收塔的操作 及 吸收传质系数的测定 主讲教师 :

2 吸收概述 吸收操作是气体混合物的重要分离方法,它是将气体混 合物与适当的液体接触(气液逆流或并流),气体中一 种或多种组分溶解于溶液中,不能溶解的组分仍留在气 相中,从而利用各组分在液体中溶解度的差异而使气体 中不同组分分离的操作。混合气体中,能够溶解于液体 的组分称为吸收质或溶质;不能溶解的组分称为惰性气 体;吸收操作所用的溶剂称为吸收剂;溶有溶质的溶液 称为吸收液或简称溶液;排出的气体称为吸收尾气,其 主要成分应是惰性气体,还含有残余的溶质。 分类:物理吸收和化学吸收;等温吸收和非等温吸收; 单组分吸收和多组分吸收等。 应用: 1. 制取化工产品; 2. 分离气体混合物; 3. 从气体 中回收有用组分; 4. 气体净化等。

3 实验目的 1. 了解填料吸收塔的结构和流程。 2. 了解吸收剂进口条件的变化对吸收 操作结果的影响。 3. 掌握吸收总传质系数的测定方法。

4 实验基本原理 1. 气液相平衡关系 气液相平衡关系 2. 吸收速率方程式 吸收速率方程式 3. 全塔物料衡算和操作线方程 全塔物料衡算和操作线方程 4. 填料吸收塔的操作和调节 填料吸收塔的操作和调节

5 1. 气液相平衡关系 大多数气体物质 A 溶解形成稀溶液时,稀溶液 上方溶质 A 的平衡分压 p * A 与其在溶液中的摩尔分数 x A 成正比: p * A =Ex A 这就是亨利定律。式中 E 为亨利系数 (kPa) 。 若气相组成也用平衡摩尔分数 y * 表示,则上式 可写为: y * =Ex A /p 总 令 m=E/p 总 ,则 y * =mx A 式中: m--- 相平衡常数,量纲为 1 。

6 吸收过程中,由于溶液和气体的总量在不断变化, 使得吸收过程的计算比较复杂。为了简便起见,工程计 算中采用在吸收过程中数量不变的气体(如空气)和纯 吸收剂为基准,用物质的量之比(也称为比摩尔分数) 来表示气相和液相中吸收质 A 的含量,并分别用 Y A 和 X A 表 示。平衡时,其关系式为: 当溶液浓度很低时, X A 很小,则 1+(1-m)X A ≈1, ,上 式可简化为: Y A * =mX A 一些气体的平衡系数可以在化工手册中查到。

7 2. 吸收速率方程式 吸收传质速率由吸收速率方程式决定: N A =K y AΔY m 式中: K y --- 以气相摩尔分数差 (Y * -Y) 为推动力的气相总 传质系数( kmol/m 2 · h ) ; A--- 填料的有效接触面积( m 2 ); ΔY m --- 以气相摩尔分数差 (Y * -Y) 表示的塔顶、塔 底气相平均推动力。 而 A=αV 填 式中: α --- 填料的有效比表面积( m 2 /m 3 ); V 填 --- 填料层堆积体积( m 3 )。

8 故有 式中: --- 以气相摩尔分数差为推动力的气相总 溶积吸收传质系数( kmol/m 3 · h )。

9 ( 1 )吸收速率 N A 由吸收塔的物料衡算可得 式中: G--- 气相流量( kmol/h ); Y 1 、 Y 气相进、出塔浓度。

10 ( 2 )气相平均推动力 可取塔底与塔顶推动力的对数平均值, 即

11 ( 3 )气相总体积传质系数 由式 可得: 又根据双膜理论,在一定的温度下,吸收总 系数可用下式表示: 式中: --- 气相传质分系数( kmol/m 3 · h ); --- 液相传质分系数( kmol/m 3 · h )。 由于, 、 显然, 与气相流量 G 和液相流量 L 都有关, 其关系可由下式表示:

12 3. 全塔物料衡算和操作线方程 在稳定操作条件下,惰性气体(如空 气)和纯吸收剂的量基本上没有变化。在 任一微分段中,从气相扩散出的吸收质必 为同微分段的液体所吸收,则物料衡算式 如下: 式中: G--- 惰性气体流量( kmol/h ); L--- 吸收剂流量( kmol/h )。

13 对全塔进行物料衡算,则得: 即可列出操作线方程为: 它是一条通过 ( ) , ( ) 两点的 直线。这条直线就是吸收的操作线。

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15 4. 填料吸收塔的操作和调节 吸收操作的结果最终表现在出口气体的 组成 上,或溶质的吸收率 η 上。吸收率的 定义为: 由于吸收塔的气体进口条件(气体中惰 性气体的流量 G 和吸收质的组成 )是由前 一工序决定的,因此控制和调节吸收操作 最终结果的方法,只能是调节吸收剂的进 口条件,即流量 L 、温度 t 、浓度 三个要素。

16 由吸收过程分析可知 : 改变吸收剂用量是对吸收过程进行调节的最 常用方法,当气体流量 G 不变时,增加吸收剂流量 L ,操作线的斜率增加,出口气体的组成下降,吸 收率增大,溶质吸收量增加,吸收速率增加。当 液相阻力较小时,增加液体的流量,总传质系数 变化较小或基本不变。溶质吸收量的增加主要是 由于传质平均推动力的增大而引起的,即此时吸 收过程的调节主要靠传质推动力的变化。当液相 阻力较大时,增加液体的流量,总传质系数大幅 度增加,而平均推动力可能减少,但总的结果是 使传质速率增大,溶质吸收量增大。

17 L/G

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19 吸收剂进口浓度对吸收的影响 调节吸收剂进口浓度 是控制 和调节吸收效果的又一重要手段。 吸收剂进口浓度 降低,液相进口 处的推动力增大,全塔平均推动力 也会随之增大,这有利于吸收过程 吸收率的提高。

20 吸收剂入口温度对吸收的影响 吸收剂入口温度对吸收过程影响 也很大,这也是控制和调节吸收操作 的一个重要因素。降低吸收剂的温度, 使气体的溶解度增大,相平衡常数减 小,平衡线下移,平均推动力增大, 使吸收效果变好。

21 最后应注意: 以上讨论是基于填料塔的填充 高度一定,即针对某一特定的工程 问题进行操作型的问题讨论。若是 设计型的工程问题,则上述结果不 一定相符,需视具体问题而定。

22 实验装置及流程 本实验以水为吸收剂,通过填料塔吸收分离空气 — 丙酮混合气中的丙酮。实验装置包括空气输送、丙酮汽化、 吸收剂供给和供气 - 液两相逆流接触的填料塔等部分,其 流程示意图如下所示。 实验装置流程示意图

23 流程简介: 由空气压缩机提供的空气,经压力定值器定 值为 2×10 4 Pa ,并经转子流量计计量后,进入内 盛丙酮的丙酮汽化器,产生丙酮和空气的混合气, 混合气从输气管道由塔底进入填料吸收塔,在塔 内同自塔顶喷下的水逆流接触,被吸收掉其中大 部分丙酮后,从塔顶部气体出口排出。由恒压高 位槽底部流出的吸收剂(水),经转子流量计计 量,流经电加热器,由塔顶喷入吸收塔,吸收了 空气中的丙酮后,由塔底经液封装置排入吸收液 贮罐。

24 实验装置主要尺寸: ( 1 )填料塔:塔内径 35mm ,填料层高度 240mm ,填料拉西环 Ф10mm×10mm×1mm ( 2 )空气转子流量计:型号 LZB-6 流量 100L/h ~ 1000L/h ( 3 )水转子流量计:型号 LZB-4 流量 1.6L/h ~ 16L/h ( 4 )温度指示仪: WMZ-03 0 ~ 50 ℃ ( 5 )气动定值器: QCD-100

25 实验步骤( 1 ) 1、打开气相色谱。 2、检查丙酮汽化器中是否需要补充丙酮,丙酮 汽化器中丙酮的液位须超过50%。 3、打开进入高位槽的自来水龙头,保持从高位 槽溢流管始终有适量水溢出。 4、关闭气、液流量计,关闭塔底液体出口阀, 关闭空压机出口阀门。 5、启动空压机(控制压力在0.5Mpa左右),出 口压力减至0.05Mpa,通过仪表盘上压力定值器 控制实验操作压力稳定在0.02Mpa。

26 实验步骤( 2 ) 6、调节空气流量计调节流量为400L/h,液体流 量为3L/h,注意稳定塔内压力,空压机压力及 保持塔底液位高度60%。 7、用气相色谱分析混合气中丙酮的进口浓度。 当平行实验误差小于5%时,即认为实验条件已 基本稳定。 8、在稳定操作条件下测定气体的进口、出口浓 度。并随时记录气体、塔顶和塔底的温度。

27 实验步骤( 3 ) 9、改变吸收剂流量(分别为3、5、5L/h)和对应 的空气流量(分别为400、400、600L/h),在稳 定操作条件下分别测定气体的进出口浓度。 10、打开吸收剂水温调节开关,调节加热电压, 使吸收剂的进口温度为35℃左右,操作稳定后再 分别测定气体的进出口浓度。 11、实验结束(注意:先停止加热,再关压缩机 和空气流量计阀门,然后关闭吸收剂水的流量计 阀门,最后关高位槽进水阀门),切断电源,水 箱和丙酮汽化器清空。

28 实验记录及数据处理 (1) 实验日期: 原始数据记录 序号序号 L * ( L/h ) G * ( L/h ) T进T进 t进t进 t出t出 塔顶塔底 A空A空 A丙A丙 A空A空 A丙A丙

29 实验记录及数据处理 (2) 实验数据处理结果 序号序号 L ( Kmol/h ) G ( Kmol/h ) Y1Y1 Y2Y2 X2X2 η (%) (kmol/m3 · h) 1 2 3

30 实验报告要求 1. 计算组分吸收率 ; 2. 计算气相平均推动力 ; 3. 计算气相总容积传质系数 ; 4. 作 和 关系图。

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34 关系图

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36 实验注意事项 1. 实验操作时,先通入水,使塔内填料充分润湿。 2. 调节气体压力定值器,使空气压力恒定在 0.02MPa 左右。 3. 在系统稳定条件下,用取样器抽取进、出口气体 试样,用气相色谱仪分析其浓度。取样时,先取出 口气体,再取进口气体。

37 实验思考题( 1 ) 1. 从传质推动力和传质阻力两方面分析吸收剂流量对吸 收过程的影响? 2. 填料吸收塔塔底为什么要有液封? 液封装置是如何 设计的? 3. 增加气体量对吸收有何影响? 4. 从实验数据分析水吸收丙酮是气膜控制过程还是液膜 控制过程,还是两者同时存在? 5. 请你设计保持吸收剂流量恒定的高位槽,并说明其原 理? 6. 为什么要测 Δp-u 的关系曲线?

38 实验思考题( 2 ) 7. 哪些操作条件会影响本实验系统的稳定性?如何判 定系统稳定与否? 8. 液相从塔底排出为什么要经过 П 形液封装置? 9. 针对本实验,若保持其他条件不变,分别改变气相 流量和液相流量,传质系数 K y a 将如何变化? 10. 本实验中其他条件不变而空气流量适当增加时,出 塔气、液组成会如何变化? 11. 本实验中其他条件不变而水流量适当增加时,出塔 气、液组成会如何变化? 12. 本实验条件下,若增加空气的流量,则水流量是否 按比例增加(即 L/G 不变)就可保证吸收率不变?


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