吸收(二氧化碳-水)实验讲义.docx

填料吸收塔(CO2-H2O)实验讲义一、 实验目的1． 了解填料吸收塔的结构和流体力学性能。2． 学习填料吸收塔传质能力和传质效率的测定方法。二、 实验内容1． 测定填料层压强降与操作气速的关系，确定填料塔在某液体喷淋量下的液泛气速。2． 采用水吸收二氧化碳，空气解吸水中二氧化碳，测定填料塔的液侧传质膜系数和总传质系数。三、 实验原理1． 气体通过填料层的压强降压强降是塔设计中的重要参数，气体通过填料层压强降的大小决定了塔的动力消耗。压强降与气液流量有关，不同喷淋量下的填料层的压强降ΔP 与气速 u 的关系如图 6-1-1 所示：L3＞ L2 ＞ L10320u , m/s图 6-1-1 填料层的ΔP～u 关系当无液体喷淋即喷淋量 L0=0 时，干填料的ΔP～u 的关系是直线，如图中的直线 0。当有一定的喷淋量时，ΔP～u 的关系变成折线，并存在两个转折点，下转折点称为“载点”，上转折点称为“泛点”。这两个转折点将ΔP～u 关系分为三个区段：恒持液量区、载液区与液泛区。2． 传质性能吸收系数是决定吸收过程速率高低的重要参数，而实验测定是获取吸收系数的根本途径。对于相同的物系及一定的设备（填料类型与尺寸），吸收系数将随着操作条件及气液接触状况33ΔP , kPaL0 =1的不同而变化。（1） 膜系数和总传质系数根据双膜模型的基本假设，气相侧和液相侧的吸收质 A 的传质速率方程可分别表达为气膜 GA?? k g A( p A?? p Ai ) （6-1-7）液膜 GA?? kl A(C Ai?? C A ) （6-1-8）?1A —两相接触面积，m2；PA —气侧 A 组分的平均分压，Pa；PAi —相界面上 A 组分的平均分压，Pa；C A —液侧 A 组分的平均浓度， kmol?? m??3C Ai —相界面上 A 组分的浓度 kmol?? m??3kg —以分压表达推动力的气侧传质膜系数， kmol?? m??2?? s??1?? Pa??1 ;kl —以物质的量浓度表达推动力的液侧传质膜系数， m?? s??1 。相 界 面 P2 = PA2 CA2 ，FL浓度PAiCAidh气 液 距离膜 膜PA+dPA CA+dCAP1=PA 1 CA1，FL图 6-1-2 双膜模型的浓度分布图 图 6-1-3 填料塔的物料衡算图34式中： G A —A 组分的传质速率， kmoI?? s ；PACA PA CA以气相分压或以液相浓度表示传质过程推动力的相际传质速率方程又可分别表达为G A?? K G A( p A?? p??A )（6-1-9）GA?? K L A(C A?? C A ) （6-1-10）?C A? —气相中 A 组分的实际分压所要求的液相平衡浓度， kmol?? m??3 ；KG — 以 气 相 分 压 表 示 推 动 力 的 总 传 质 系 数 或 简 称 为 气 相 传 质 总 系 数 ，?2????1??????1KL —以气相分压表示推动力的总传质系数，或简称为液相传质总系数， m?? s??1 。若气液相平衡关系遵循享利定律： C A?? HpA ，则1 1 1K G k g HKl1 H 1K L k g k l当气膜阻力远大于液膜阻力时，则相际传质过程式受气膜传质速率控制，此时，KG = kg；反之，当液膜阻力远大于气膜阻力时，则相际传质过程受液膜传质速率控制，此时，KL= kl。如图 6-1-3 所示，在逆流接触的填料层内，任意截取一微分段，并以此为衡算系统，则由吸收质 A 的物料衡算可得：dC A （6-1-13a）?1?3根据传质速率基本方程式，可写出该微分段的传质速率微分方程：dGA?? K L (C A?? C A )aSdh （6-1-13b）联立上两式可得：（6-1-13c）35式中： p A —液相中 A 组分的实际浓度所要求的气相平衡分压，Pa；kmol?? m?? s?? Pa ；??（6-1-11）??（6-1-12）dG A??FL式中：FL—液相摩尔流率， kmol?? s ；ρL—液相摩尔密度， kmol?? m 。dh??????FL dC AK L aS? L C A?? C A??式中：a —气液两相接触的比表面积， m2·m-1；S —填料塔的横载面积，m2。本实验采用水吸收二氧化碳，已知二氧化碳在常温常压下溶解度较小，因此，液相摩尔流率 FL 和摩尔密度ρL 的比值，亦即液相体积流率（Vs）L 可视为定值，且设总传质系数 KL和两相接触比表面积 a，在整个填料层内为一定值，则按下列边值条件积分式（6-1-13c），可得填料层高度的计算公式：h=0 ， C A?? C A.2h=h ， C A?? C A1C A1?令 ，且称 HL 为液相传质单元高度（H