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实验五 吸收实验
一、实验任务
1、填料吸收塔填料特性——外形尺寸、单位体积填料个数、比表面积、空隙率、堆积密度、干填料因子、填料因子等测取方法的设计。
2、填料塔流体力学特性——压降规律与液泛规律的研究。
3、流体的流动对传质阻力影响的研究。
4、吸收剂用量对传质系数影响的研究。
5、吸收过程调节的研究。
6、传质阻力较小侧流体的流量变化对吸收过程影响的研究。
二、基本原理:
(一)填料塔流体力学特性
气体通过干填料层时,流体流动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△P/Z对G'~~的测定
1.传质系数的计算公式(低浓度)
填料层高度的表示式:
(1)
式中:h ——填料层高度[m]
G ——混合气体通过塔截面的摩尔流速[kmol/ m2?h]
A ——单位体积填料的有效表面积[m2/m3]
——以Δy为推动力的气相总传质系数[kmol/ m2?h?Δy]
y ——气相摩尔分率。
y* --—平衡时的气相摩尔分率。
对于低浓度气体的吸收,在~坐标上所绘的操作近于直线;若在操作浓度范围内平衡关系符合亨利定律,则平衡线亦为直线。在本实验的条件下,操作线和平衡线均可看作是直线。如图2所示。在此情况下,对应于某一值的这两直线的纵坐标值之差与或亦成直线关系。令任一位置上的差值为,浓端,稀端为。因与 成直线关系,故
其中
把积分结果代入式(1),得
(2)
或 (3)
在(3)式中的,一般不等于干填料的比表面积,而应乘以填料的表面效率η。
即
η可根据最小润湿分率由图3查出。
一般填料规定的最小润湿率为0.08[m2/m?h]
[m3/m?h]
亦可用以下函数关系计算η
(4)
式中: R1---最小润湿分率。
2.传质系数的测定方法
从公式(3)可见,要测定Ky值,应把公式右边各项分别求出。在本实验中,G、y1 由测定进气中的氨量和空气量求出;y2由尾气分析器测出,填料高度h为已知值;值用上面介绍的方法求得;y2可用平衡关系式求出。下面介绍整理数据的步骤:
(1)求空气流量
标准状态的空气流量用下式计算:
[m3/h] (5)
式中: V1---标定状态下的空气流量[m3/h]
T0,P0—标准状态下空气的温度[K]和压强 [mmHg]
T1,P1—标定状态下空气的温度[K]和压强 [mmHg]
T2,P2—使用状态下空气的温度[K]和压强 [mmHg]
(2)求氨气流量
标准状态下氨气流量V0' (6)
式中: ---标准状态下空气的密度 [kg/m3]
---标准状态下氨的密度 [kg/m3]
本实验中取=0.7810[kg/m3]
因本实验所采用的液氨中含纯氨为98%,则纯氨在标准状态下的流量V0' (7)
(3)计算混合气体通过塔截面的摩尔流速
(8)
式中:----填料塔内径[m]
(4)求进气浓度
(9)
式中: ---氨气的摩尔数
---空气的摩尔数
根据理想状态方程式:
所以 (10)
(5)平衡关系式
如果水溶液是<10%的稀溶液,平衡关系式服从亨利定律。液相浓度用表示,平衡的气相浓度用y*表示,则平衡关系式如下:
(11)
式中:---相平衡常数
---亨利系数[N/m2]或[大气压]
---系统总压强[N/m2]或[mmHg]
本实验系统总压强=大气压强+塔顶表压+1/2塔内压差
(12)
---平衡时的氨气分压 [mmHg]其数值可以从表1查得:
由公式(12)可以计算出亨利系数。通常资料中记载的是较浓的氨溶液的亨利系数。本实验中的溶液认为较稀,氨的亨利系数有变化,下面根据稀溶液的平衡数据计算亨利系数。
表1 氨的平衡溶解度
kgNH3 NH3的平衡分压(毫米汞柱) 100kgH2O 0℃ 10℃ 20℃ 25℃ 30℃ 40℃ 10.0
7.5
5.0
4.0
3.0
2.5
2.0
1.6
1.2
1.0
0.5 25.1
17.7
11.2 41.8
29.9
19.9
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