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业界资讯

实验六、填料塔中气相传质系数的测定-中压鼓风机

  实验六

  一、二、吸收实验

  三、四、和五、六、七、八、中北大学化工原理课程组

  实验目的

  1、了解填料吸收装置的基本流程及设备结构;

  2、了解填料特性的测量与计算方法;

  3、气液两相逆向通过填料层的压降变化规律以及

  液泛现象;4、喷淋密度对填料层压降和泛点速度的影响;5、测定在操作条件下的总传质系数K;6、了解吸收过程的基本操作与控制方法。

  中北大学化工原理课程组

  基本原理

  1、填料塔流体力学特性:

  气体通过干填料层时,流体流动

  log△P

  引起的压降和湍流流动引起的压降规律相一致。

  在双对数坐标系中用压降对气速作图得到一条斜率为1.8-2的直线(图中aa线)。而有喷淋量时,在低气速时(C点以前)压降也比例于气速的1.8-2次幂,但大于同一气速下干填料的压降(图中bc段)。随气速增加,出现载点(图中c点),持液量开始

  logU填料层压降空塔气速关系图

  ba

  中北大学化工原理课程组

  基本原理

  1、填料塔流体力学特性:

  增大,压降-气速线向上弯曲,斜率log△P变大,(图中cd段)。到液泛点(图中d点)后在几乎不变的气速下,压降急剧上升。

  测定填料塔的压降和液泛速度,

  是为了计算填料塔所需动力消耗和确定填料塔的适宜制作范围,选择合适的气液负荷。

  logU填料层压降空塔气速关系图

  b

  a

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  2、传质实验:

  填料塔与板式塔内气液两相的接触情况有着很大的不同。

  在板式塔中,两相接触在各块塔板上进行,因此接触是不连续的。但在填料塔中,两相接触是连续地在填料表面上进行,需计算的是完成一定吸收任务所需填料高度。填料层高度计算方法有传质系数法、传质单元法以及等板高度法。总体积传质系数KYa是单位填料体积、单位时间吸收的溶质量。它是反映填

  料吸收塔性能的主要参数,是设计填料高度的重要数据。

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  本实验是水吸收空气-氨混合气体中的氨。混合气体中氨的浓度很低。吸收所得的溶液浓度也不高。气液两相的平衡关系可以认为服从亨利定律(即平衡线在x-y坐标系为直线)。故可用对数平均浓度差法计算填料层传质平均推动力,相应的传质速率方程式为:

  其中

  式中

  GA单位时间内氨的吸收量[kmol/h]。KYa总体积传质系数[kmol/m3h]。Vp填料层体积[m3]。

  △Ym气相对数平均浓度差。Y1气体进塔时的摩尔比。

  Ye1与出塔液体相平衡的气相摩尔比。Y2气体出塔时的摩尔比。

  Ye2

  与进塔液体相平衡的气相摩尔比。

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  计算方法、原理、公式

  (1)氨液相浓度小于5%时气液两相的平衡关系:

  温度(℃):0 10 20 25 30 40 亨利系数E(大气压):0.293 0.502 0.778 0.947 1.250 1.938

  (2)总体积传质系数KYa及气相总传质单元高度HOG整理步骤

  a、标准状态下的空气流量V0:

  式中:V1空气转子流量计示值(m3/h)

  T0、P0标准状态下的空气的温度和压强T1、P1标定状态下的空气的温度和压强

  T2、P2

  使用状态下的空气的温度和压强

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  b、标准状态下的氨气流量V0’

  式中:V1’氨气转子流量计示值(m3/h)

  ρ01标准状态下氨气的密度1.293(kg/m3)ρ02标定状态下氨气的密度0.7810(kg/m3)

  如果氨气中纯氨为98%,则纯氨在标准状态下的流量V0’’为:

  V0’’=0.98×V0’

  c、惰性气体的摩尔流量G:

  G=V0/22.4

  d、单位时间氨的吸收量GA:

  GA=G(Y1-Y2)

  e、进气浓度Y1:

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  f、尾气浓度Y2:

  式中:Ns加入分析盒中的硫酸当量浓度(N)

  Vs加入分析盒中的硫酸体积(ml)

  V湿式气体流量计所得的空气体积(ml)T0标准状态下的空气温度

  T空气流经湿式气体流量计时的温度

  g、对数平均浓度差(ΔY)m:

  Ye2=0Ye1=m×1

  P=大气压+塔顶表压+(填料层压差)/2m=E/ Px1=GA/ Ls

  式中:E亨利

  Ls单位时间喷淋水量(kmol / h)P系统总压强

  h气相总单元高度:

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  设备参数

  基本数据:塔径Φ0.10m,填料层高0.75m

  填料参数:12×12×1.3[mm]瓷拉西环,a1403[m-1],ε0.764,a1/ε3903[m-1]

  尾气分析所用硫酸体积:1ml,浓度:0.00968N

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  1.

  气液传质设备(吸收塔、解吸塔)

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  2

  、填料塔内部结构

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  操作步骤

  1、启动风机之前应全开旁阀,空气出口调节阀全关;按下电源开关按钮接通电源,就可以启动风机,并开始工作。空气由风机供给,然后进入缓冲罐,然后经由空气流量调节阀、空气转子流量计,并在管中与氨气混合后进入塔底。

  2、打开空气流量调节阀,调节空气流量。由于气体流量于气体状态有关,所以每个气体流量计前都有压差计(测表压)和温度计,和流量计共同使用,转换成标准状态下的流量进行计算和比较。将空气流量调节阀的开度调节到100,稍许等待,进行下一步。

  3、读取空气的流量,读取空气的当前流量下的压差,读取温度。读取塔的压降和塔顶的压力,在各项目栏中填入所读取的数据,

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  4、用调节阀改变空气流量,重复上述第(2~3)步,为了实验精度和回归曲线的需要至少应测量10组数据以上。5、干塔压降测完后,在进水之前,应减少空气流量,因为如果空气流量很大,会引起强烈的液泛,有可能损坏填料。6、打开水流量调节阀,调节进水的流量(50l/h)。然后慢慢增大空气流量直到液泛,通过塔身可看到塔内的状况。液泛一段时间使填料表面充分润湿。然后减小气量到较少的水平。

  7、测量湿塔的压降与测量干塔的压降所读取的数据基本一致,参见“测量干塔压降”的“读取数据”,但只多一项水的流量,通过水的转子流计即可读取。

  注意:本实验是在一定喷淋量下测量塔的压降,所以水的流量应不变。在以后实验中不要改变水流量调节阀的开度。

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  8、逐渐加大空气流量调节阀的开度,增加空气流量,重复第(3~4)步,同时注意塔内的气液接触状况,并注意填料层的压降变化幅度。液泛后填料层的压降在气速增加很小的情况下明显上升,此时在取1~2个点就可以了,不要使气速过分超过泛点。完成后进入下一步操作。测量湿塔压降完毕后,应降低气速。

  9、打开考克,让尾气流过吸收盒,同时湿式气体流量计开始计量体积。当吸收盒内的剂由红色变成时,立即关闭考克,记下湿式气体流量计体积和气温。10、当吸收盒内的剂由红色变成时,立即关闭考克,记下湿式气体流量计转过的体积和气体的温度。然后按照数据处理的要求读取各项数值,在各项目栏中填入所读取的数据。记录完毕后可进入数据处理。

  11、操作完毕后,先全开旁阀,关闭空气流量调节阀,再停水调节阀;停风机。

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  实验报告要求

  根据实验原始数据,进行数据处理,计算气

  相总传质系数Ky。

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  思考题

  1.综合几组实验数据看,用水吸收空气中氨气过程,是气膜控制还是液膜控制?为什么?

  2.要提高氨水浓度有什么办法(不改变进气浓度)?这时又会带来什么问题?

  3.当气体温度与吸收剂温度不同时,应按哪种温度计算亨利系数?

  4.当吸收塔的实际L/G(L/G)min时,该吸收塔就无法继续操作,这种说法对吗?为什么?

  5.一逆流操作的吸收塔,若气体出口浓度大于值,试分

  析其原因并提出改进措施。

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  注意事项

  的实验条件:水流量:50l/h

  空气流量:20m3/h

  氨气流量:0.5m3/h

  以上为实验条件,不一定非要采用,但总体上要注意气量和水量不要太大,氨气浓度不要过高,否则引起数据严重偏离。

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