气体吸收实验
1. 实验目的
(1) 观测气、液在填料塔内的操作状态,掌握吸收操作方法。
(2) 测定在不同喷淋量下,气体通过填料层的压降与气速的关系曲线。
(3) 测定在填料塔内用水吸收CO 2的液相体积传质系数K X a 。
(4) 对不同填料的填料塔进行性能测试比较。
2. 实验原理
(1)气体吸收是运用混合气体中各种组分在同一溶液中的溶解度的差异,通过气液充分接触,溶解度较大的气体组分进入液相而与其他组分分离的操作。 气体混合物以一定气速通过填料塔内的填料层时,与吸收剂液相想接触,进行物资传递。气,夜两项在吸收塔内除物质传递外,其流动相互影响,还具有自己的流体力学特征。填料塔的流体力学特征是吸收设备的重要参数,他包括了压降和液泛的重要规律。
填料塔的流体力学特征是以气体通过填料层所产生的压降来表示。该压降在填料因子、填料层高度、液体喷淋密度一定的情况下随气体速度变化而变化,与压降与气速的关系如图。
气体通过干填料层时,其压降与空塔时,其压降与空气塔气速的函数关系在双对数坐标上为一条直线,其斜率为1.8-2.0. 当有液体喷淋时,气体低速流过填料层,压降与气速的关系几乎与L=0的关系线平行,随着气速的增加出现载点B 与B ’,填料层内持液量增加,压降与气速的关系关联线向上弯曲,斜率变大,当填料层持液越积越多时,气体的压降几乎是垂直上升,气体以泡状通过液体,出现液泛现象,P-U 线出现载点C ,称此点为泛点。
(2)反应填料塔性能的主要参数之一是传质系数。影响传质系数的因素很多,对不同系统和不同吸收设备,传质系数各不相同,所以不可能有一个通用的计算式计算传质系数。
本实验采用水来吸收空气中的CO 2,常压下CO 2在水中的溶解度比较小,用水吸收CO 2的操作中是液膜控制吸收的过程,
所以在低浓度吸收时填料的计算式
为H=L
KXaX1dX X2ΩX−X
L
当气液平衡关系符合亨利定律时, X1dXKXa=H. Ω X2X−X
KXa=H. Ω
L(x1−x2)∆Xm
∗∗ X1−X1 −(X2−X2) =lnX2−X2∆Xm =∆X1−∆X2ln∆X2
实中:L ——吸收剂的用量,kmol/h;
Ω——填料塔截面积,m 2;
∆Xm ——塔顶、塔底液相浓度差的对数平均值;
KXa——液相体积传质系数,kmol/(m 3.h. ∆Xm )
H ——填料层的高度,m ;
X 1、X 2——分别为塔底、塔顶液相中CO2比摩尔分率; ∗X1——与塔底气相浓度平衡时塔底液相中CO2比摩尔分率;
∗X2——与塔顶气相浓度平衡时塔顶液相中CO2比摩尔分率;
对水吸收CO 2-空气混合气中CO 2的体系,平衡关系服从亨利定律,平衡时气相浓度,与液相浓度的平衡关系式近似为
*YX =mEy其中m= Y= P1−y
式中:Y ——塔内任意一截面气象中CO 2的浓度(比摩尔分率表示) Y ——塔内任意一截面气象中CO 2的浓度(摩尔分率表示)
X *——与气相平衡时的液相CO 2浓度(比摩尔分率表示)
m ——相平衡常数
E ——亨利常数,MPa
P ——混合气体总压,近似大气压,MPa
通过测定物性参数水温和大气压,查取有关数据。
因为吸收剂是水,从塔顶喷到填料层,所以塔顶的CO2浓度X2=0,塔底液相中CO2的浓度可由吸收塔物料衡算求取,即
V(Y1-Y2)=L(X1-X2)
因为X2=0,所以
X1=V/L*(Y1-Y2)
式中:V ——惰性气体空气流量,kmol/h
Y1、Y2——分别为塔底、塔顶气相中CO2比摩尔分率。
实验步骤
(1) 理清流程,熟悉测试仪表的使用。
(2) 确定要测定填料塔,全开气体切换球阀1阀35和液体切换阀6;关闭
其余填料塔的气体、液体切换阀;全开空气进口阀31以及气体切换阀29;启动风机,让空气进入填料塔底部。用空气进口阀31调节空气流量,流量从小到大,每调节一次风量,测定一次填料层压降∆P ,共采集7-10组数据,由此可作出干填料时,风量与压降的关系曲线。
(3) 通过调节阀4调节水量,维持喷淋量不变,用空气进口阀31调节空气
流量从小到大,没调一次风量,测定一次填料层压降∆P ,共采集7-10组数据,由此测出是填料操作时,风量与压降的关系曲线。在操作过程中,注意观察液封装置,以避免空气从液封中溢出。
(4) 通过调节阀4,改变入塔水量,重复第三操作步骤,可测得不同水量
下风量与压降之间的关系曲线,完成气液在填料塔内的流体力学性能测定。
(5) 开启风机,让空气进入填料塔。
(6) 通过取样点23取样,用CO2气体分析仪分析其CO2的含量。
(7) 调节清水阀4,流量从小到大,需采集4-6组数据。每调节一次,稳定
3min-5min ,记录水量、和空气流量,采集26出塔样点进行CO2分析,确定Y2,完成填料塔内液相体积传质系数的测定。
(8) 测定水温和大气压。
(9) 完成测定后,停水,关风机。
气体吸收实验
1. 实验目的
(1) 观测气、液在填料塔内的操作状态,掌握吸收操作方法。
(2) 测定在不同喷淋量下,气体通过填料层的压降与气速的关系曲线。
(3) 测定在填料塔内用水吸收CO 2的液相体积传质系数K X a 。
(4) 对不同填料的填料塔进行性能测试比较。
2. 实验原理
(1)气体吸收是运用混合气体中各种组分在同一溶液中的溶解度的差异,通过气液充分接触,溶解度较大的气体组分进入液相而与其他组分分离的操作。 气体混合物以一定气速通过填料塔内的填料层时,与吸收剂液相想接触,进行物资传递。气,夜两项在吸收塔内除物质传递外,其流动相互影响,还具有自己的流体力学特征。填料塔的流体力学特征是吸收设备的重要参数,他包括了压降和液泛的重要规律。
填料塔的流体力学特征是以气体通过填料层所产生的压降来表示。该压降在填料因子、填料层高度、液体喷淋密度一定的情况下随气体速度变化而变化,与压降与气速的关系如图。
气体通过干填料层时,其压降与空塔时,其压降与空气塔气速的函数关系在双对数坐标上为一条直线,其斜率为1.8-2.0. 当有液体喷淋时,气体低速流过填料层,压降与气速的关系几乎与L=0的关系线平行,随着气速的增加出现载点B 与B ’,填料层内持液量增加,压降与气速的关系关联线向上弯曲,斜率变大,当填料层持液越积越多时,气体的压降几乎是垂直上升,气体以泡状通过液体,出现液泛现象,P-U 线出现载点C ,称此点为泛点。
(2)反应填料塔性能的主要参数之一是传质系数。影响传质系数的因素很多,对不同系统和不同吸收设备,传质系数各不相同,所以不可能有一个通用的计算式计算传质系数。
本实验采用水来吸收空气中的CO 2,常压下CO 2在水中的溶解度比较小,用水吸收CO 2的操作中是液膜控制吸收的过程,
所以在低浓度吸收时填料的计算式
为H=L
KXaX1dX X2ΩX−X
L
当气液平衡关系符合亨利定律时, X1dXKXa=H. Ω X2X−X
KXa=H. Ω
L(x1−x2)∆Xm
∗∗ X1−X1 −(X2−X2) =lnX2−X2∆Xm =∆X1−∆X2ln∆X2
实中:L ——吸收剂的用量,kmol/h;
Ω——填料塔截面积,m 2;
∆Xm ——塔顶、塔底液相浓度差的对数平均值;
KXa——液相体积传质系数,kmol/(m 3.h. ∆Xm )
H ——填料层的高度,m ;
X 1、X 2——分别为塔底、塔顶液相中CO2比摩尔分率; ∗X1——与塔底气相浓度平衡时塔底液相中CO2比摩尔分率;
∗X2——与塔顶气相浓度平衡时塔顶液相中CO2比摩尔分率;
对水吸收CO 2-空气混合气中CO 2的体系,平衡关系服从亨利定律,平衡时气相浓度,与液相浓度的平衡关系式近似为
*YX =mEy其中m= Y= P1−y
式中:Y ——塔内任意一截面气象中CO 2的浓度(比摩尔分率表示) Y ——塔内任意一截面气象中CO 2的浓度(摩尔分率表示)
X *——与气相平衡时的液相CO 2浓度(比摩尔分率表示)
m ——相平衡常数
E ——亨利常数,MPa
P ——混合气体总压,近似大气压,MPa
通过测定物性参数水温和大气压,查取有关数据。
因为吸收剂是水,从塔顶喷到填料层,所以塔顶的CO2浓度X2=0,塔底液相中CO2的浓度可由吸收塔物料衡算求取,即
V(Y1-Y2)=L(X1-X2)
因为X2=0,所以
X1=V/L*(Y1-Y2)
式中:V ——惰性气体空气流量,kmol/h
Y1、Y2——分别为塔底、塔顶气相中CO2比摩尔分率。
实验步骤
(1) 理清流程,熟悉测试仪表的使用。
(2) 确定要测定填料塔,全开气体切换球阀1阀35和液体切换阀6;关闭
其余填料塔的气体、液体切换阀;全开空气进口阀31以及气体切换阀29;启动风机,让空气进入填料塔底部。用空气进口阀31调节空气流量,流量从小到大,每调节一次风量,测定一次填料层压降∆P ,共采集7-10组数据,由此可作出干填料时,风量与压降的关系曲线。
(3) 通过调节阀4调节水量,维持喷淋量不变,用空气进口阀31调节空气
流量从小到大,没调一次风量,测定一次填料层压降∆P ,共采集7-10组数据,由此测出是填料操作时,风量与压降的关系曲线。在操作过程中,注意观察液封装置,以避免空气从液封中溢出。
(4) 通过调节阀4,改变入塔水量,重复第三操作步骤,可测得不同水量
下风量与压降之间的关系曲线,完成气液在填料塔内的流体力学性能测定。
(5) 开启风机,让空气进入填料塔。
(6) 通过取样点23取样,用CO2气体分析仪分析其CO2的含量。
(7) 调节清水阀4,流量从小到大,需采集4-6组数据。每调节一次,稳定
3min-5min ,记录水量、和空气流量,采集26出塔样点进行CO2分析,确定Y2,完成填料塔内液相体积传质系数的测定。
(8) 测定水温和大气压。
(9) 完成测定后,停水,关风机。