填料塔吸收传质系数的测定
一、实验目的
1．了解填料塔吸收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．了解气体空塔速度和液体喷淋密度对总体积传质系数的影响；
二、基本原理
气体吸收是典型的传质过程之一。由于CO2气体无味、无毒、廉价，所以气体吸收实验常选择CO2作为溶质组分。本实验采用水吸收空气中的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，所以吸收的计算方法可按低浓度来处理，并且此体系CO2气体的解吸过程属于液膜控制。因此，本实验主要测定Kxa和HOL。
a) 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：吸收因数A=L/mG
b) 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
本实验装置（如图1所示）流程：由自来水来的水经离心泵加压后送入填料塔塔顶经喷头喷淋在填料顶层。由压缩机送来的空气和由二氧化碳钢瓶来的二氧化碳混合后，一起进入气体中间贮罐，然后再直接进入塔底，与水在塔内进行逆流接触，进行质量和热量的交换，由塔顶出来的尾气经转子流量计后放空，由于本实验为低浓度气体的吸收，所以热量交换可略，整个实验过程看成是等温操作。
图1 吸收装置流程图
2〕主要设备
（1）吸收塔：高效填料塔，塔径100mm，塔内装有θ环散装填料（金属丝网板波纹规整填料)，填料层总高度2000mm。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：θ环散装填料，金属丝网板波纹规整填料。
（3）转子流量计；
（4）空压机：空压0.8MPa；
（5）二氧化碳钢瓶及氢气钢瓶；
（6）气相色谱仪分析。
四、实验步骤与注意事项
（1）熟悉实验流程。
（2）打开仪表电源开关及多级离心泵电源开关（或打开水龙头开关）；
（3）开启液体调节阀门(4)，让水进入填料塔润湿填料，仔细调节阀门(4)，使转子流量计(6)流量稳定在某一实验值。（塔底液封控制：仔细调节阀门(1)、(2)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；
（4）启动空压机，打开CO2钢瓶总阀，并缓慢调节钢瓶的减压阀，使其压力稳定在0.2～0.3Mpa左右；
（5）调节CO2转子流量计(15)的流量，使其稳定在某一值；
（6）待塔操作稳定后，读取各流量计的读数及通过温度、U型压差计上读取各温度及塔顶塔底间压差读数，通过CO2测定仪分析出塔顶、塔底气相CO2含量；
（7）改变实验条件测定一系列实验数据，并记录在数据记录纸上。
（8）实验完毕，关闭CO2转子流量计(15)，水转子流量(6)，再关闭空压机和多级离心泵电源开关(或水龙头)，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，需要有较长的稳定时间，一定要等到稳定以后方能读取有关数据。
（3）由于CO2在水中的溶解度很小，因此，在测定组成时一定要仔细认真，这是做好本试验的关键。
五、实验数据记录及处理
1、数据记录
2、数据处理
1) 将原始数据列表并计算二氧化碳的体积传质系数、传质单元高度。
2）在双对数坐标纸上绘图表示二氧化碳吸收时体积传质系数、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．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？
第二篇：填料塔吸收传质系数的测定
6填料塔吸收传质系数的测定
6.1实验目的
1. 了解填料塔吸收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. 了解气体空塔速度和液体喷淋密度对总体积传质系数的影响；
4．了解气相色谱仪和六通阀在线检测CO2浓度和测量方法。
6.2 实验原理
气体吸收是典型的传质过程之一。由于CO2气体无味、无毒、廉价，所以气体吸收实验选择CO2作为溶质组分是最为适宜的。本实验采用水吸收空气中的CO2组分。一般将配置的原料气中的CO2浓度控制在10%以内，所以吸收的计算方法可按低浓度来处理。又CO2在水中的溶解度很小，所以此体系CO2气体的吸收过程属于液膜控制过程。因此，本实验主要测定Kxa和HOL。
1）计算公式
填料层高度Z为
（6－1）
式中： L 液体通过塔截面的摩尔流量，kmol / (m2·s)；
Kxa △X为推动力的液相总体积传质系数，kmol / (m3·s)；
HOL 传质单元高度，m；
NOL 传质单元数，无因次。
令：吸收因数A=L/mG （6－2）
（6－3）
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）测定塔顶和塔底气相组成y1和y2；
（3）平衡关系。
本实验的平衡关系可写成
y = mx （6－4）
式中： m 相平衡常数，m=E/P；
E 亨利系数，E＝f(t)，Pa，根据液相温度测定值由附录查得；
p 总压，Pa，取压力表指示值。
对清水而言，x2=0,由全塔物料衡算
可得x1 。
6．3实验装置与流程
1〕装置流程
本实验装置流程如图6－1所示：水经转子流量计后送入填料塔塔顶再经喷淋头喷淋在填料顶层。由风机输送来的空气和由钢瓶输送来的二氧化碳气体混合后，一起进入气体混合稳压罐，然后经转子流量计计量后进入塔底，与水在塔内进行逆流接触，进行质量和热量的交换，由塔顶出来的尾气放空，由于本实验为低浓度气体的吸收，所以热量交换可略，整个实验过程可看成是等温吸收过程。
图6—1 吸收装置流程图
2〕主要设备
（1）吸收塔：高效填料塔，塔径100mm，塔内装有金属丝网板波纹规整填料，填料层总高度2000mm.。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：
金属丝网板波纹填料：型号JWB—700Y，填料尺寸为φ100×50mm，比表面积700m2/m3。
（3）转子流量计；
（4）层叠风机：气量0～90m3/h，风压50kPa；
（5）二氧化碳钢瓶；
（6）气相色谱仪（型号：SP6801）；
（7）色谱工作站：浙大NE2000。
6．4实验步骤与注意事项
1）实验步骤
（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）打开仪表电源开关及风机电源开关；
（3）开启进水总阀，使水的流量达到400L/h左右。让水进入填料塔润湿填料。
（4）塔底液封控制：仔细调节阀门2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）打开CO2钢瓶总阀，并缓慢调节钢瓶的减压阀（注意减压阀的开关方向与普通阀门的开关方向相反，顺时针为开，逆时针为关），使其压力稳定在0.1Mpa左右；
（6）仔细调节空气流量阀至2m3/h，并调节CO2调节转子流量计的流量，使其稳定在100L/h～160 L/h；
（7）仔细调节尾气放空阀的开度，直至塔中压力稳定在实验值；
（8）待塔操作稳定后，读取各流量计的读数及通过温度数显表、压力表读取各温度、压力，通过六通阀在线进样，利用气相色谱仪分析出塔顶、塔底气相组成；
（9）改变水流量值，重复步骤（6）（7）（8）。
（10）实验完毕，关闭CO2钢瓶总阀，再关闭风机电源开关、关闭仪表电源开关，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，需要有较长的稳定时间，一定要等到稳定以后方能读取有关数据。
6．5 实验报告
1) 将原始数据列表。
2） 列出实验结果与计算示例。
6．6 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）为什么二氧化碳吸收过程属于液膜控制？
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？
6．7实验数据记录及数据处理结果示例
实验装置：1#； 操作压力115.0kPa
计算结果
塔底液相组成：0.002504mol %；塔顶液相组成：0.0 mol %；
液相总传质单元数：4.3；
液相总传质系数：3322.7 Kmol/(m3/h)
测量条件：
色谱型号：SP6800A
柱类型：填充柱
柱规格：GDX-103
载气类型：氢气
载气流量：50ml/min
进样量：1ml
检测器温度：78℃
进样器温度：80℃
柱温： 40℃
原料气：
峰号 峰名 保留时间 峰高 峰面积 含量
1 空气 0.407 137583.594 349031.469 96.2846
2 二氧化碳 0.665 3877.412 13440.753 3.7078
尾气：
峰号 峰名 保留时间 峰高 峰面积 含量
1 空气 0.323 142736.094 355399.406 97.7348
2 二氧化碳 0.590 2326.473 8236.945 2.2652