吸收(或解吸)塔的计算

吸收与解吸实验一、实验目的及任务：1、熟悉填料塔的构造与操作。

2、观察填料塔流体力学状况，测定压降与气速的关系曲线。

3、掌握总传质系数K x a的测定方法并分析影响因素。

4、学习气液连续接触式填料塔，利用传质速率方程处理传质问题的方法。

二、基本原理：本装置先用吸收柱将水吸收纯氧形成富氧水后（并流操作），送入解吸塔顶再用空气进行解吸，实验需测定不同液量和气量下的解吸总传质系数K x a，并进行关联，得到K x a=AL a·V b的关联式，同时对四种不同填料的传质效果及流体力学性能进行比较。

本实验引入了计算机在线数据采集技术，加快了数据记录与处理的速度。

1、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，此压降对气速作图可得一斜率为1.8～2的直线（图中aa线）。

当有喷淋量时，在低气速下（c点以前）压降也正比于气速的 1.8～2次幂，但大于同一气速下干填料的压降（图中bc段）。

随气速的增加，出现载点（图图1 填料层压降–空1中c点），持液量开始增大，压降气速线向上弯，斜率变陡（图中cd到液泛点（图中d点）后，在几乎不变的气速下，压降急剧上升。

2、传质实验：填料塔与板式塔气液两相接触情况不同。

在填料塔中，两相传质主要是在填料有效湿表面上进行，需要计算完成一定吸收任务所需填料高度，其计算方法有：传质系数法、传质单元法和等板高度法。

本实验是对富氧水进行解吸。

由于富氧水浓度很小，可认为气液两相的平衡关系服从亨利定律，即平衡线为直线，操作线也是直线，因此可以用对数平均浓度差计算填料层传质平均推动力。

整理得到相应的传质速率方式为：m p x A x V a K G ∆∙∙=m p A x x V G a K ∆∙=其中 22112211ln )()(e e e e m x x x x x x x x x -----=∆()21x x L G A -= Ω∙=Z V p相关的填料层高度的基本计算式为：OL OL x x e x N H xx dx a K L Z ∙=-Ω∙=⎰12 即 OL OL N Z H /=其中 m x x e OL x x x x x dx N ∆-=-=⎰2112 ， Ω∙=a K L H x OL式中：G A —单位时间内氧的解吸量[Kmol/h] K x a —总体积传质系数[Kmol/m 3•h •Δx]V P —填料层体积[m 3]Δx m —液相对数平均浓度差x 1 —液相进塔时的摩尔分率（塔顶）x e1 —与出塔气相y 1平衡的液相摩尔分率（塔顶） x 2 —液相出塔的摩尔分率（塔底）x e2 —与进塔气相y2平衡的液相摩尔分率（塔底）Z—填料层高度[m]Ω—塔截面积[m2]L—解吸液流量[Kmol/h]H OL—以液相为推动力的传质单元高度N OL—以液相为推动力的传质单元数由于氧气为难溶气体，在水中的溶解度很小，因此传质阻力几乎全部集中于液膜中，即K x=k x, 由于属液膜控制过程，所以要提高总传质系数K x a，应增大液相的湍动程度。

吸收（解吸）实验报告化⼯基础实验报告实验名称吸收（解吸）系数的测定班级化21 姓名张腾学号2012011864 成绩实验时间2014.5 同组成员张煜林努尔艾⼒·麦麦提⼀、实验⽬的1、了解吸收（解析）操作的基本流程和操作⽅法；2、测定氧解吸液相总体积传质系数K x a和液体流量的关系；3、测定筛板塔的板效率与液体流量和⽓体流量的关系。

⼆、实验原理吸收是⼯业上常⽤的操作。

在吸收过程中，⽓体混合物和吸收剂分别从塔底和塔顶进⼊塔内，⽓液两相在塔内实现逆流接触，使⽓体混合物中的溶质较完全地溶解在吸收剂中，于是塔顶获得较纯的惰性组分，从塔底得到溶质和吸收剂组成的溶液（通称富液）。

当溶质有回收价值或吸收剂价格较⾼时，把富液送⼊再⽣装置进⾏解吸，得到溶质或再⽣的吸收剂（通称贫液），吸收剂返回吸收塔循环使⽤。

吸收是⽓液相际传质过程，所以吸收速率可⽤⽓相内，液相内或者两相间的传质速率来表⽰。

在连续吸收操作中，这三种传质速率表达式计算结果相同。

对于低浓度吸收过程。

计算公式如下。

⽓相内传质的吸收速率：N A=k y(y?y i)F液相内传质的吸收速率：N A=k x(x i?x)F⽓、液两相相际传质的吸收速率：N A=K y F(y?y?)=K x F(x??x)式中：y,y i—分别表是⽓相主体和⽓相界⾯处的溶质摩尔分率；x,x i—分别表⽰液相主体和液相界⾯处的溶质摩尔分率；x?,y?—分别为与y和x呈平衡的液相和⽓相摩尔分率；k x,K x—分别为以液相摩尔分率差为推动⼒的液相传质分系数和传质总系数；k y,K y—分别为以⽓相摩尔分率差为推动⼒的⽓相传质分系数和传质总系数；F—传质⾯积，m2。

对于难溶溶质的吸收，常⽤液相摩尔分率差和液相传质系数表达的吸收速率式。

对于易溶⽓体的吸收，常⽤⽓相摩尔分率差和⽓相传质系数表达的吸收速率式。

本实验为⼀解析过程，是⽤空⽓与富氧⽔接触，因富氧⽔中氧的浓度⾼于同空⽓处于平衡的⽔中氧的浓度。

化工原理课程实验报告L K —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，1-⋅s m 。

若气液相平衡关系遵循享利定律：A A Hp C =，则：l g G HK k K 111+= lg L k k H K 11+= （3-24）C A1，F L图3-10 双膜模型的浓度分布图 图3-11 填料塔的物料衡算图 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，g G k K =；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，l L k K =。

本实验采用转子流量计测得CO2、空气和水的流量。

根据实验条件(温度和压力)折算为实际流量，最后按有关公式换算成CO2、空气和水的摩尔流量。

填料塔物料衡算如图3-11所示。

气体校正公式：v =√ρ₀ρ （3-26）式中：V 。

——流量计读数；V ——被测流体实际流量；ρ₀，ρ——标定流体和被测流体在标定状态(T 。

，p 。

)下的密度。

测定塔顶和塔底液相组成C A1和C A2，利用滴定法测定吸收液浓度，根据吸收液消耗盐酸体积量可计算塔底吸收液浓度：C A1=2C Ba(OH)2V Ba(OH)2−C HCl V HCl2V 溶液(3-27)吸收剂(水)中含有少量的二氧化碳，根据吸收剂(水)滴定消耗盐酸体积量可计算出塔顶吸收剂(水)中CO ，浓度为：dh相 界 面距离液 膜气膜浓度图1 二氧化碳吸收与解吸实验装置流程示意图1-CO2钢瓶；2-减压阀；3-CO2流量计；4-吸收风机；5-吸收塔空气流量计；6-吸收水泵；7-吸收塔水流量计；8-吸收尾气传感器；9-吸收塔；10、15-液封；11-解吸液罐；12-解吸尾气传感器；13-吸收液罐；14-解吸塔；16-压差计；17-解吸水泵；18-解吸塔水流量计；19-解吸风机；20-解吸塔空气流量计； 21-空气旁路调节阀；22-π型管。

吸收塔的传质单元数公式吸收塔是一种常见的化工设备，用于气体与液体之间的传质操作。

在吸收塔中，通过将气体（废气）与液体（吸收剂）接触，实现了气体中的组分传递到液体中。

吸收塔的传质单元数是衡量吸收效果的一个重要指标，本文将从吸收塔的传质原理和相关参数入手，推导出吸收塔的传质单元数公式。

吸收塔的传质原理是质量传递，即气体中的物质通过传递至接触界面附近的液相中。

吸收塔的传质过程受到多个因素的影响，如气液接触方式、气体浓度、液相流速等。

常见的吸收塔传质方式有液滴吸收、气泡吸收和膜分离等。

本文以液滴吸收为例进行分析。

吸收塔的传质单元数是指液滴在吸收过程中所经历的传质步骤的数量，也可以理解为气体与液体接触界面的数量。

根据传质原理，液滴在吸收塔内的传质过程可以分为两个步骤：质量传递界面的形成和界面上的质量传递。

因此，吸收塔的传质单元数是这两个步骤的数量之和。

首先，考虑质量传递界面的形成。

在液滴吸收过程中，气体与液滴之间的传质是通过界面上物质的扩散实现的。

在液滴表面形成有效的传质界面，可以通过增大液滴表面积来实现。

此时，可以将吸收塔中的液滴视为许多个由气泡组成的连续界面，根据气泡界面积（Sb）与液滴体积（Vl）的关系，可以得到以下公式：Sb=k*Vl其中，k是气泡界面系数，表示单位体积液滴所对应的气泡界面积。

它的具体数值与吸收系统的特性有关。

通过实验或计算，可以得到k的数值。

然后，考虑界面上的质量传递。

在液滴吸收过程中，气体与液滴之间的质量传递可以通过物质在界面上的吸附解吸以及传递至液滴内部的扩散实现。

质量传递的速率可以用传质系数（KG）表示，它与界面上物质的平均浓度差、物质的扩散系数以及界面的厚度有关。

传质系数的具体数值可以通过实验或模拟计算得到。

根据以上分析N=Sb*KG其中，Sb是气泡界面积，KG是传质系数。

需要注意的是，以上推导过程中的公式只是一个简化模型，实际中吸收塔的传质过程非常复杂，涉及更多因素的影响。

一、实验目的12 3 4二、实验原理㈠、吸收实验根据传质速率方程，在假定Kxa 低浓、难溶等] 条件下推导得出吸收速率方程：Ga=Kxa ·V ·Δx m 则： Kxa=Ga/(V ·Δx m )式中：Kxa ——体积传质系数 [kmolCO 2/m 3hr Ga ——填料塔的吸收量 [Kmol CO 2 V ——填料层的体积 [m 3] Δx m ——填料塔的平均推动力 1、Ga 的计算已知可测出：Vs[m 3/h]、V B [m 3/h]（可由色谱直接读出）Ls[Kmol/h]=Vs ×ρ水/M 水1011'29]/[ρρρρV M V h Kmol G B B B =⋅=⋅=空气 标定情况：T 0=273+20 P 0=101325 测定情况：T 1=273+t1 P 1=101325+ΔP 因此可计算出L S 、G B 。

又由全塔物料衡算：G a =Ls(X 1-X 2)=G B (Y 1-Y 2) 22211111y y Y y y Y -=-=且认为吸收剂自来水中不含CO 2，则X 2=0，则可计算出G a 和X 1 2、Δx m 的计算根据测出的水温可插值求出亨利常数E[atm]，本实验为P=1[atm] 则 m=E/Pmy x m y x x x x x x x x x x x x e e e e m 11221112221212ln ==-=∆-=∆∆∆∆-∆=∆㈡、解吸实验低浓、难溶等] Ga=K Y a ·V 则： K Y a=Ga/(V 式中：K Y a Ga V ΔY m 1、Ga 的计算已知可测出：y 2 ]/[h Kmol G B 标定情况：T 0 测定情况：T 1因此可计算出L S 、G B 。

又由全塔物料衡算：G a =Ls(X 1-X 2)=G B (Y 1-Y 2) 011222111=-=-=y y Y y y Y且认为空气中不含CO 2，则y 2=0；又因为进塔液体中X 1有两种情况，一是直接将吸收后的液体用于解吸，则其浓度即为前吸收计算出来的实际浓度X 1；二是只作解吸实验，可将CO 2用文丘里吸碳器充分溶解在液体中，可近似形成该温度下的饱和浓度，其X 1*可由亨利定律求算出：mm y x 1*1==则可计算出G a 和X 2 2、ΔY m 的计算根据测出的水温可插值求出亨利常数E[atm]，本实验为P=1[atm] 则 m=E/P11221112221212ln x m y x m y Y Y Y Y Y Y Y Y Y Y Y e e e e m ⋅=⋅=-=∆-=∆∆∆∆-∆=∆根据 e e Y y yy Y 换算成将-=1三、实验装置CO2：钢瓶中的CO2经根部阀、减压阀、针型调节阀，一路经流量计V CO2-1进入吸收塔；另一路经流量计V CO2-2进入文丘里吸碳器与饱和罐中的循环水充分混合可形成饱和CO2水溶液。

吸收塔的工艺计算第3章吸收塔的工艺计算3.1基础物性数据3.1.1液相物性数据对低浓度吸收过程，溶液的物性数据可近似取纯水的物性数据。

由手册查得, 的有关物性数据如下:粘度为L 0.001 Pa s=3.6 kg/(m h)表面张力为九72.6dyn/cm 940896kg / h23.1.2气相物性数据混合气体的平均摩尔质量为5(!v18.1 10 pa s 0.065kg / (m由手册查得，25C时氨在空气中的扩散系数为：2 2D v 0.236 cm / s 0.08496 m / h 20°C时水密度为998.2 km / m查手册得20 ；C时氨在水中的扩散系数为9 2D 1.761 10 m /sM Vm y i M i0.05 17 0.95 29 28.40kg / kmol混合气体的平均密度为Vm 込J"325 28・41.161RT 8.314 298kg/m 325 C时混合气体流量:298 152100 2292.2(m3/h)273.15混合气体的粘度可近似取为空气的粘度,查手册得259时空气的黏度为：h)3.1.3气相平衡数据有手册查得氨气的溶解度系数为H 0.725kmol/(kPa m3) 计算得亨利系数L HM S998.20.725 18.0276.41kPa相平衡常数为E 76.41 mP 101.3 0.7543 3.2物料衡算进塔气相摩尔比为：丫0.050.052631 0.05出塔气相摩尔比为：丫2第(1 A) 0.05263 (1 0.94)0.003158对于纯溶剂吸收过程，进塔液相组成为：X2 0(清水)2100惰性气体流量：V (1 0.05) 89.06(kmol/h)最小液气比：Y丫2 丫1 丫2 X1X2¥/m X20.05263 0.0031580.05263/0.7543 00.7090取实际液气比为最小液气比的2倍，则可得吸收剂用量为: L L2( —)min 2 0.7090 1.4180V VL 1.4180 89.06 126.287(kmol / h)X1 V^l89.°6(O.。