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填料塔流體力學(xué)特性與吸收系數的測定

作者: 本站 來(lái)源: 本站 時(shí)間:2017年08月30日

填料塔流體力學(xué)特性與吸收系數的測定

 

一、實(shí)驗目的:

1.了解填料吸收塔的結構、性能和特點(diǎn),練習并掌握填料塔操作方法;通過(guò)實(shí)驗測定數據的處理分析,加深對填料塔流體力學(xué)性能基本理論的理解,加深對填料塔傳質(zhì)性能理論的理解。

2.掌握填料吸收塔傳質(zhì)能力和傳質(zhì)效率的測定方法,練習實(shí)驗數據的處理分析。

二、實(shí)驗內容:

1.測定填料層壓強降與操作氣速的關(guān)系,確定在一定液體噴淋量下的液泛氣速。

2.固定液相流量和入塔混合氣二氧化碳的濃度,在液泛速度以下,分別測量塔的傳質(zhì)能力(傳質(zhì)單元數和回收率)和傳質(zhì)效率(傳質(zhì)單元高度和體積吸收總系數)。

3.進(jìn)行純水吸收混合氣體中的二氧化碳、用空氣解吸水中二氧化碳的操作練習,同時(shí)測定填料塔液側傳質(zhì)膜系數和總傳質(zhì)系數。

三、實(shí)驗原理:

氣體通過(guò)填料層的壓強降:

ΔP , kPa

文本框: ΔP , kPa壓強降是塔設計中的重要參數,氣體通過(guò)填料層壓強降的大小決定了塔的動(dòng)力消耗。壓強降與氣、液流量均有關(guān),不同液體噴淋量下填料層的壓強降與氣速的關(guān)系如圖1所示:

                    

                  圖1 填料層的關(guān)系

當液體噴淋量時(shí),干填料的的關(guān)系是直線(xiàn),如圖中的直線(xiàn)0。當有一定的噴淋量時(shí),的關(guān)系變成折線(xiàn),并存在兩個(gè)轉折點(diǎn),下轉折點(diǎn)稱(chēng)為“載點(diǎn)”,上轉折點(diǎn)稱(chēng)為“泛點(diǎn)”。這兩個(gè)轉折點(diǎn)將關(guān)系分為三個(gè)區段:既恒持液量區、載液區及液泛區。

傳質(zhì)性能:吸收系數是決定吸收過(guò)程速率高低的重要參數,實(shí)驗測定可獲取吸收系數。對于相同的物系及一定的設備(填料類(lèi)型與尺寸),吸收系數隨著(zhù)操作條件及氣液接觸狀況的不同而變化。

若氣液平衡關(guān)系遵循享利定律,即平衡曲線(xiàn)為直線(xiàn),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(dòng)力法計算填料層的高度或液相傳質(zhì)單元高度:

                        (11

                            (12

式中為液相平均推動(dòng)力,即

其中:,,為大氣壓。

二氧化碳的溶解度常數:

                      (14

式中:——水的密度,    

——水的摩爾質(zhì)量,  ;

——二氧化碳在水中的享利系數(見(jiàn)表1),Pa。

因本實(shí)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(gè)傳質(zhì)過(guò)程阻力都集中于液膜,即屬液膜控制過(guò)程,則液側體積傳質(zhì)膜系數等于液相體積傳質(zhì)總系數,亦即

 

二氧化碳在水中的亨利系數    E×10-5,kPa

氣體

溫度,℃

0

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

60

CO2

0.738

0.888

1.05

1.24

1.44

1.66

1.88

2.12

2.36

2.60

2.87

3.46

 

四、實(shí)驗裝置:

填料塔:玻璃管內徑 D0.05m   塔高1.20m   填料層高度Z0.94m

內裝φ10×10mm瓷拉西環(huán); 風(fēng)機型號:XGB-12 ;


1 填料吸收實(shí)驗裝置流程圖

1- CO2鋼瓶;2- CO2瓶減壓閥;3- 吸收氣泵;4-吸收液水泵;5- 解吸液水泵;6-解吸風(fēng)機;

 7- 空氣旁通閥;8- V1-V19閥門(mén);9- F1-F5轉子流量計;10- T1-T2溫度計


五、實(shí)驗方法及步驟:

1.實(shí)驗前準備工作:

   首先將水箱1和水箱2灌滿(mǎn)蒸餾水或去離子水,接通實(shí)驗裝置電源并按下總電源開(kāi)關(guān)。

準備好10ml移液管、100ml的三角瓶、酸式滴定管、洗耳球、0.1M左右的鹽酸標準溶液、0.1M左右的BaOH2標準溶液和甲基紅等化學(xué)分析儀器和試劑備用。

2.測量解吸塔干填料層()~u關(guān)系曲線(xiàn):

打開(kāi)空氣旁路調節閥V7至全開(kāi),啟動(dòng)解吸風(fēng)機6。打開(kāi)空氣流量計F4下的閥門(mén)V4,逐漸關(guān)小閥門(mén)V7的開(kāi)度,調節進(jìn)塔的空氣流量。穩定后讀取填料層壓降△PU形管液柱壓差計的數值,然后改變空氣流量,空氣流量從小到大共測定6-10組數據。在對實(shí)驗數據進(jìn)行分析處理后,在對數坐標紙上以空塔氣速 u為橫坐標,單位高度的壓降為縱坐標,標繪干填料層()~u關(guān)系曲線(xiàn)。

3.測量解吸塔在不同噴淋量下填料層()~u關(guān)系曲線(xiàn):

將水流量固定在100 l/h左右(水流量大小可因設備調整),采用上面相同步驟調節空氣流量,穩定后分別讀取并記錄填料層壓降△P、轉子流量計讀數和流量計處所顯示的空氣溫度,操作中隨時(shí)注意觀(guān)察塔內現象,一旦出現液泛,立即記下對應空氣轉子流量計讀數。根據實(shí)驗數據在對數坐標紙上標出液體噴淋量為100 l/h時(shí)的()~u關(guān)系曲線(xiàn)(見(jiàn)圖2),并在圖上確定液泛氣速,與觀(guān)察到的液泛氣速相比較是否吻合。

4.二氧化碳吸收傳質(zhì)系數測定:

1)關(guān)閉吸收液泵4的出口閥,啟動(dòng)吸收液泵4,關(guān)閉空氣轉子流量計F1,二氧化碳轉子流量計F2與鋼瓶連接。

2)打開(kāi)吸收液轉子流量計F3,調節到60 l/h,待有水從吸收塔頂噴淋而下,從吸收塔底的π型管尾部流出后,啟動(dòng)吸收氣泵3,調節轉子流量計F1到指定流量,同時(shí)打開(kāi)二氧化碳鋼瓶調節減壓閥,調節二氧化碳轉子流量計F2,按二氧化碳與空氣的比例在10—20%左右計算出二氧化碳的空氣流量。

3)吸收進(jìn)行15分鐘并操作達到穩定狀態(tài)之后,測量塔底吸收液的溫度,同時(shí)在塔頂和塔底取液相樣品并測定吸收塔頂、塔底溶液中二氧化碳的含量。

4)溶液二氧化碳含量測定

用移液管吸取0.1M左右的BaOH2標準溶液10ml,放入三角瓶中,并從取樣口處接收塔底溶液10 ml,用膠塞塞好振蕩。溶液中加入23滴甲基紅(或酚酞)指示劑搖勻,用0.1M左右的鹽酸標準溶液滴定到粉紅色消失即為終點(diǎn)。

按下式計算得出溶液中二氧化碳濃度:

                 

 

六、實(shí)驗注意事項:

1.開(kāi)啟CO2總閥門(mén)前,要先關(guān)閉減壓閥,閥門(mén)開(kāi)度不宜過(guò)大。

2.分析CO2濃度操作時(shí)動(dòng)作要迅速,以免CO2從液體中溢出導致結果不準確。

 

七、數據記錄

1、填料塔流體力學(xué)特性

二氧化碳轉子流量計矯正系數為0.78

表2  填料塔流體力學(xué)性能測定(干填料)

  L=0   填料層高度Z=0.94m    塔徑D=0.05m


填料層壓強降mmH2O

單位高度填料層壓強降mmH2O/m

空氣轉子流量計讀數m3/h

空塔氣速
m/s

1

1

 

0.5

 

2

3

 

0.8

 

3

5

 

1.1

 

4

7

 

1.4

 

5

10

 

1.7

 

6

13

 

2

 

7

16

 

2.3

 

8

20

 

2.5

 

 

 

 

填料塔流體力學(xué)性能測定(濕填料)

  L=100L/h     填料層高度Z=0.94m        塔徑D=0.05m


填料層壓強降 mmH2O

單位高度填料層壓強降
mmH2O/m

空氣轉子流量計讀數m3/h

空塔氣速
m/s

操作現象

1

3

 

0.25

 

 

2

7

 

0.50

 

 

3

16

 

0.70

 

 

4

21

 

0.90

 

 

5

31

 

1.10

 

 

6

48

 

1.30

 

 

7

80

 

1.50

 

 

8

125.0

 

1.60

 

 

9

150.0

 

1.70

 

 

10

180.0

 

1.80

 

 

 

2、吸收系數的測定

二氧化碳轉子流量計矯正系數為0.78

空氣的流量qv1=              二氧化碳的流量qv2=       

吸收劑流量L=

4 二氧化碳含量的測定

序號

 

滴定前酸式滴定管讀數/ml

滴定后酸式滴定管讀數/ml

1

吸收塔塔頂水溶液

 

 

2

吸收塔塔底水溶液

 

 

 

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