填料塔吸收传质系数的测定

填料塔中传质系数的测定实验六吸收实验⼀、实验⽬的⼆、基本原理三、计算⽅法、原理、公式四、设备参数和⼯作原理五、操作步骤六、实验报告要求七、思考题⼋、注意事项实验⽬的1、了解填料吸收装置的基本流程及设备结构；2、了解填料特性的测量与计算⽅法；3、⽓液两相逆向通过填料层的压降变化规律以及液泛现象；4、喷淋密度对填料层压降和泛点速度的影响；5、测定在操作条件下的总传质系数K；6、了解吸收过程的基本操作与控制⽅法。

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。

在双对数坐标系中⽤压降对⽓速作图得到⼀条斜率为1.8-2的直线（图中aa线）。

⽽有喷淋量时，在低⽓速时（C点以前）压降也⽐例于⽓速的1.8-2次幂，但⼤于同⼀⽓速下⼲填料的压降（图中bc段）。

随⽓速增加，出现载点（图中c 点），持液量开始logbcdaa log△PU填料层压降空塔⽓速关系图1、填料塔流体⼒学特性：增⼤，压降-⽓速线向上弯曲，斜率变⼤，（图中cd 段）。

到液泛点（图中d 点）后在⼏乎不变的⽓速下，压降急剧上升。

测定填料塔的压降和液泛速度，是为了计算填料塔所需动⼒消耗和确定填料塔的适宜制作范围，选择合适的⽓液负荷。

log b c da a log △PU 填料层压降空塔⽓速关系图2、传质实验：填料塔与板式塔内⽓液两相的接触情况有着很⼤的不同。

在板式塔中，两相接触在各块塔板上进⾏，因此接触是不连续的。

但在填料塔中，两相接触是连续地在填料表⾯上进⾏，需计算的是完成⼀定吸收任务所需填料⾼度。

填料层⾼度计算⽅法有传质系数法、传质单元法以及等板⾼度法。

总体积传质系数KYa是单位填料体积、单位时间吸收的溶质量。

它是反映填料吸收塔性能的主要参数，是设计填料⾼度的重要数据。

本实验是⽔吸收空⽓-氨混合⽓体中的氨。

混合⽓体中氨的浓度很低。

吸收所得的溶液浓度也不⾼。

⽓液两相的平衡关系可以认为服从亨利定律（即平衡线在x-y 坐标系为直线）。

实验六 吸收实验(一)丙酮填料吸收塔的操作及吸收传质系数的测定一、实验目的1、了解填料吸收塔的结构和流程；2、了解吸收剂进口条件的变化对吸收操作结果的影响；3、掌握吸收总传质系数Kya 的测定方法。

二、实验内容1、测定吸收剂用量与气体进出口浓度y 1、y 2的关系;2、测定气体流量与气体进出口浓度y 1、y 2的关系;3、测定吸收剂及气体温度与气体进出口浓度y 1、y 2的关系; 三、实验原理吸收是分离混合气体时利用混合气体中某组分在吸收剂中的溶解度不同而达到分离的一种方法。

不同的组分在不同的吸收剂、吸收温度、液气比及吸收剂进口浓度下，其吸收速率是不同的。

所选用的吸收剂对某组分具有选择性吸收。

1、吸收总传质系数K y a 的测定传质速率式： N A =K y a ·V 填·△Ym (1)物料衡算式： G 空(Y 1-Y 2)=L(X 1-X 2) (2) 相平衡式： Y=mX (3)(1)和(2)式联立得： K y a=12()mG Y Y V Y -∆空填 (4)由于实验物系是清水吸收丙酮，惰性气体为空气，气体进口中丙酮浓度y 1>10%,属于高浓度气体吸收，所以： Y 1=111y y - ； Y 2= 221y y - ；G 空—空气的流量（由装有测空气的流量计测定）,Kmol/m 2·h ；V 填—与塔结构和填料层高度有关； 其中：22112211ln)()(mX Y mX Y mX Y mX Y Y m -----=∆ (5)02=X ； )(211Y Y LGX -=空 ；L —吸收剂的流量（由装有测吸收剂的流量计测定）, Kmol/m 2·h ； m---相平衡常数（由吸收剂进塔与出塔处装的温度计所测温度确定），吸收温度：附：流量计校正公式为：2出进t t t +=G G =, L/h (G N 为空气转子流量计读数) 单位变换：G A =空，Kmol/m 2·h ；（其中，A 为塔横截面积，PG n RT=）o L L M A=，Kmol/m 2·h ；（其中，L 0是水流量l/h ，M 0是水的摩尔质量）2、吸收塔的操作吸收操作的目标函数：y 2 或 η=影响y 2 有：1).设备因素；2).操作因素。

YY 1Y 2XX 1X 2图12-1 吸收操作线和平衡线操作线22()LY X X Y G=-+ 平衡线Y=mX实验十二 填料吸收塔的操作及吸收传质系数的测定一、实验目的1、了解填料吸收塔的结构和流程。

2、了解吸收剂进口条件的变化对吸收操作结果的影响。

3、掌握吸收总体积传质系数a K y 和a K x 的测定方法。

二、基本原理1、测气相总体积传质系数的原理气相总体积传质系数由填料层高度公式决定12Y mY Y VZ K a Y -=⋅Ω∆ （12-1） **1122*11*22()()()ln()m Y Y Y Y Y Y Y Y Y ---∆=-- (12-2) 式中yK 气相总传质系数，mol/m 2·h ；m Y ∆塔顶、塔底气相平均推动力； a 填料的有效比表面积，m 2/m 3；a K y 气相总体积吸收传质系数，mol/m 3·h 。

（1）Z ――填料层高度m ，根据所装填料的高度直接测量。

（2）Ω――塔截面积m 2，24D πΩ=，而D 塔径为已知。

（3）V ――情性气体摩尔流量（空气）mol/ h ，根据理想气体状态方程可知：vpq V RT =，p――压力Pa ，压力表测量空气压力；q v ――体积流量m 3/h ，转子流量计测量（注意读数为实验条件20℃、1atm 下的，可直接利用公式进行计算，如果用操作条件则需要进行换算，其依据为'0'0(')()f v v f q q ρρρρρρ-=-；T ――空气温度K ，温度计测量。

（4）Y 1――1111y Y y =-，稳定操作后（各仪表读数恒定5min ）测量气体进口浓度（丙酮的摩尔分率），取样后采用气相色谱仪分析，测得的是丙酮的质量分率。

（5）Y 2――2221y Y y =-，稳定操作后（各仪表读数恒定5min ）测量气体出口浓度（丙酮的摩尔分率），取样后采用气相色谱仪分析，测得的是丙酮的质量分率。

4填料塔吸收传质系数的测定实验目的1. 了解填料塔吸收装置的基本结构及流程；2. 掌握总体积传质系数的测定方法；3. 了解气体空塔速度和液体喷淋密度对总体积传质系数的影响； 4．了解气相色谱仪和六通阀在线检测CO 2浓度和测量方法。

实验原理气体吸收是典型的传质过程之一。

由于CO 2气体无味、无毒、廉价，所以气体吸收实验选择CO 2作为溶质组分是最为适宜的。

本实验采用水吸收空气中的CO 2组分。

一般将配置的原料气中的CO 2浓度控制在10%以内，所以吸收的计算方法可按低浓度来处理。

又CO 2在水中的溶解度很小，所以此体系CO 2气体的吸收过程属于液膜控制过程。

因此，本实验主要测定K xa 和H OL 。

1）计算公式填料层高度Z 为OL OL x x xaZN H xx dxK LdZ z ⋅=-==⎰⎰*120 （6－1）式中： L 液体通过塔截面的摩尔流量，kmol/(m 2·s)； K xa △X 为推动力的液相总体积传质系数，kmol/(m 3·s)； H OL 传质单元高度，m ；N OL 传质单元数，无因次。

令：吸收因数A=L/mG（6－2）])1ln[(111121A mx y mx y A A N OL +----=?（6－3）2）测定方法（1）空气流量和水流量的测定本实验采用转子流量计测得空气和水的流量，并根据实验条件（温度和压力）和有关公式换算成空气和水的摩尔流量。

（2）测定塔顶和塔底气相组成y1和y2；（3）平衡关系。

本实验的平衡关系可写成y=m x（6－4）式中：m相平衡常数，m=E/P；E亨利系数，E＝f(t)，Pa，根据液相温度测定值由附录查得；p总压，Pa，取压力表指示值。

对清水而言，x2=0,由全塔物料衡算可得x1。

实验装置与流程1〕装置流程本实验装置流程如图6－1所示：水经转子流量计后送入填料塔塔顶再经喷淋头喷淋在填料顶层。

由风机输送来的空气和由钢瓶输送来的二氧化碳气体混合后，一起进入气体混合稳压罐，然后经转子流量计计量后进入塔底，与水在塔内进行逆流接触，进行质量和热量的交换，由塔顶出来的尾气放空，由于本实验为低浓度气体的吸收，所以热量交换可略，整个实验过程可看成是等温吸收过程。

试验七填料吸收塔的操作及吸收传质系数的测定1.实验目的本实验旨在通过填料吸收塔的操作，测定其中一种气体在液体中的吸收特性，并计算其吸收传质系数。

2.实验原理填料吸收塔是一种用于气体吸收液体的设备，常用于废气治理和化学工艺中。

填料吸收塔的主要组成部分包括填料层和液相层。

气体从塔底进入填料层，通过填料与液相进行接触，在质量传递的作用下，溶于气体中的物质被液相吸收，并由塔顶排出。

吸收传质系数是描述气体在液体中传质性能的参数，通常用k来表示。

吸收塔中气体的吸收速率与扩散速率成正比，与接触面积成反比。

传质速率可通过如下公式计算：NTU = k * A * (Cg - Cgi)其中，NTU为传质单位时间内的传质量，k为吸收传质系数，A为塔内液相与气相的有效接触面积，Cg为塔底气相的浓度，Cgi为塔顶气相的浓度。

通过测量塔底和塔顶气相的浓度，以及塔底传质率，即可计算出吸收传质系数k。

3.实验步骤（1）准备工作：将填料装入填料层，根据需要确定填料层的高度；（2）连接好气相和液相导管，并确保无漏气现象；（3）启动搅拌器，使液相均匀分布在填料层上；（4）将适量的气体通入塔底，并记录下通气时间；（5）在通气过程中，采集塔底和塔顶气相的样品，并测定其浓度；（6）根据浓度和通气时间计算塔底传质率；（7）根据传质率、填料表面积等参数计算吸收传质系数k。

4.实验注意事项（1）操作过程中需注意安全，避免吸入有害气体；（2）确保气相和液相导管的连接紧密，无泄漏现象；（3）在取样时，保持塔内气相的稳定，避免因取样产生扰动；（4）实验结束后，清洗设备，存放妥善。

5.计算与分析根据实验测得的塔底和塔顶气相浓度，以及通气时间，计算出塔底传质率。

根据塔底传质率、填料表面积等参数，计算出吸收传质系数k。

6.结论通过填料吸收塔的操作及吸收传质系数的测定，可以了解其中一种气体在液体中的吸收特性，并进一步计算其吸收传质系数。

吸收传质系数的测定可用于化学工程中的设计与优化。

填料吸收塔传质系数测定实验报告的数据处理是为了从实验数据中计算出填料吸收塔的传质系数。

下面是一个常见的数据处理步骤，供参考：
1. 数据整理：整理实验所得数据，包括填料层高度、溶液进口浓度、出口浓度等参数，以及实验过程中记录的温度、压力等信息。

2. 确定传质模型：根据实验设计和填料吸收塔的结构特点，确定适合的传质模型，如洗涤理论、湿壁传质模型等。

3. 建立浓差和质量平衡方程：根据传质模型和实验条件，建立质量平衡和浓差方程，用以描述塔内物质的传质过程。

4. 参数拟合：通过最小二乘法等拟合方法，将实验数据与传质模型进行拟合，得到各传质参数的估计值。

这可能涉及到填料层高度、传质系数、扩散系数等参数。

5. 统计分析：进行相关的统计分析，如计算参数估计的标准误差或置信区间，以评估参数估计的精确性和可靠性。

6. 结果解释：根据参数估计结果，计算填料吸收塔的传质系
数，并结合理论知识和实验结果，对传质过程进行分析和解释。

需要注意的是，数据处理的具体方法和步骤可能因实验设计和传质模型的不同而有所差异。

在进行数据处理时，应参考相关的传质模型和实验设计，并根据实际情况进行适当的调整和修正。

此外，数据处理的结果应结合实验结果和领域知识进行分析和解释，以得出准确且有意义的结论。

一、实验目的1、观察填料塔流体力学状况，测定压降与气速的关系曲线。

2、掌握总传质系数的测定方法并分析影响因素。

二、实验原理本装置先用吸收柱讲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aK，并进行关联，得到xa Vb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K⋅aAL=x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段）。

到液泛点（图中d点）后，在几乎不变的气速下，压降急剧上升。

图一填料层压降-空塔气速关系示意图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 dxa K L Z •=-Ω•=⎰12 即 OL OL N Z H /= 其中 mx x e OL x x x x x dxN ∆-=-=⎰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y 2平衡的液相摩尔分率（塔底） Z —填料层高度[m] Ω —塔截面积[m 2] 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。

实验八吸收实验—填料塔吸收传质系数的测定一、实验目的⒈了解填料塔吸收装置的基本结构及流程；⒉掌握总体积传质系数的测定方法；⒊测定填料塔的流体力学性能；⒋了解气体空塔速度和液体喷淋密度对总体积传质系数的影响；⒌了解气相色谱仪和六通阀在线检测CO2浓度和测量方法；二、基本原理气体吸收是典型的传质过程之一。

由于CO2气体无味、无毒、廉价，所以气体吸收实验选择CO2作为溶质组分是最为适宜的。

本实验采用水吸收空气中的CO2组分。

一般将配置的原料气中的CO2浓度控制在10%以内，所以吸收的计算方法可按低浓度来处理。

又CO2在水中的溶解度很小，所以此体系CO2气体的吸收过程属于液膜控制过程。

因此，本实验主要测定Kxa和HOL。

⒈计算公式：填料层高度h为：h=⎰h0dh=LKXaΩ⎰XbdXX-X*Xa=HOL⋅NOL A=LmV，则：NOL=11-Aln[(1-A)Yb-mXaYb-mXb+A]令：吸收因数HOL=LKxaΩ=hNOLKXa=LHOLΩ式中：h──填料层高度，m；L──液体的摩尔流量，kmol/s；Ω──填料塔的横截面积，m2；Kxa──以△X为推动力的液相总体积传质系数，kmol/(m3〃s)；HOL──液相总传质单元高度，m；NOL──液相总传质单元数，无因次；Xa，Xb──CO2在塔顶、塔底液相中的摩尔比浓度，无因次；Ya，Yb──CO2在塔顶、塔底气相中的摩尔比浓度，无因次。

⒉测定方法(a)空气流量和水流量的测定本实验采用转子流量计测得空气和水的流量，并根据实验条件（温度和压力）和有关公式换算成空气和水的摩尔流量。

(b)测定塔顶和塔底气相组成yb和ya；(c)平衡关系。

本实验的平衡关系可写成： Y=mX 式中：m──相平衡常数，m=E/P；E──亨利系数，E＝f(t)，Pa，根据液相温度测定值由附录查得；P──总压，Pa。

对清水而言，Xa=0,由全塔物料衡算V(Yb-Ya)=L(Xb-Xa)，可得Xb。

填料塔吸收传质系数的测定
填料塔是一种常用的萃取设备，它常被用于处理多组分流，进行物质传质和分离。

它具有萃取效率高、无污染、操作成本低和其他特性，在石油、化学、冶金、农药、食品和环境污染控制等行业中都有广泛的应用。

因此，确定填料塔吸收传质系数对于优化萃取工艺及提高工业生产效率至关重要，它也是控制填料塔性能的重要指标。

填料塔的吸收传质系数是指填料塔中某一物质传质分离效率的
程度，它用于衡量进入填料塔的某一物质的操纵效率，解释萃取效率的物理含义，反映填料塔的整体性能。

传质系数受到各种因素的影响，如结构型号、流体性能、运行参数等，传质系数高和不稳定会导致萃取效率低，因此测定填料塔吸收传质系数是调试填料塔及确定优化参数的重要步骤。

填料塔吸收传质系数测定一般采用全质量法、相比法、声速法和动态谱法等，它们有其自身特点，也存在计算繁琐、数据准确度低、测量范围有限等问题。

因此，实验室往往采用不同的方法比较，以确保测量结果的准确性。

测定填料塔吸收传质系数时，需要仔细分析各类参数影响，选择合适的方法，通过精细调整萃取溶液浓度、操作温度、填料数量和流动速度等参数，经过比较，误差不超过5%的结果才被认为是正确的。

同时，在测定填料塔吸收传质系数过程中，实验室应采用非破坏性的控制手段，使用无毒、无害的化学药品，正确操作填料，避免环境污染。

还应定期检查填料塔设备，确保填料塔运行持续、可靠，减
少实验成本。

总之，萃取工艺设计时，测定填料塔吸收传质系数是非常重要的一步，它可用于控制填料塔性能，确保安全生产、提高工作效率和降低设备运行成本。

合理的传质系数测定，可以帮助识别萃取工艺的瓶颈，提高工作质量和生产率。

填料吸收塔的操作及吸收传质系数的测定一、实验目的(1)了解填料吸收塔的结构和流程；(2)了解吸收剂进口条件的变化对吸收操作结果的影响；(3)掌握吸收总传质系数的测定方法．二、基本原理1.吸收速率方程式吸收传质速率由吸收速率方程式决定: Na = Ky A Δym式中 Ky 为气相总传质系数，mol/m2*h；A 为填料的有效接触面积，m2；Δym 为塔顶、塔底气相平均推动力。

a 为填料的有效比表面积，m2/m3；V 为填料层堆积体积， m3 ；Kya 为气相总容积吸收传质．系数，mol/m3*h。

从上式可看出，吸收过程传质速率主要由两个参数决定：Δym为过程的传质推动力，Kya的倒数1/Kya表征过程的传质阻力。

2．填料吸收塔的操作吸收操作的结果最终表现在出口气体的组成y2上，或组分的回收率η上。

在低浓度气体吸收时，回收率可近似用下式计算：η = （y1 - y2）/y1吸收塔的气体进口条件是由前一工序决定的，一般认为稳定不变。

控制和调节吸收操作结果的操作变量是吸收剂的进口条件：流率 L 、温度 t 和浓度 x2 这三个要素。

由吸收分析可知，改变吸收剂用量是对吸收过程进行调节的最常用方法，当气体流率 G 不变时，增加吸收剂流率，吸收速率η增加，溶质吸收量增加，出口气体的组成y2随着减小，回收率η增大。

当液相阻力较小时，增加液体的流量，总传质系数变化较小或基本不变，溶质吸收量的增加主要是由于传质平均推动力Δym的增大而引起，即此时吸收过程的调节主要靠传质推动力的变化。

但当液相阻力较大时，增加液体的流量，可明显降低传质阻力，总传质系数大幅度增加，而平均推动力却有可能减小（视调节前操作工况的不同而不同），但总的结果使传质速率增大，溶质吸收量增大。

吸收剂入口温度对吸收过程的影响也甚大，也是控制和调节吸收操作的一个重要因素。

降低吸收剂的温度，使气体的溶解度增大，相平衡常数减小。

对于液膜控制的吸收过程，降低操作温度，吸收过程的阻力随之减小，使吸收效果变好，y2降低，但平均推动力Δym或许会有所减小。