测定填料层压强降与操作气速的关系。确定在一定液体喷淋量下的液泛气速。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、液流量均有关,不同液体喷淋量下填料层的压强降ΔP与气速u的关系如图5.12所示。
图5.12 填料层的ΔP~u关系
当液体喷淋量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3个区段,即恒持液量区、载液区及液泛区。
传质系数是反映填料塔传质性能的主要参数之一,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。吸收系数是决定吸收过程速率高低的重要参数,实验测定可获取吸收系数。对于相同的物系及一定的设备(填料类型与尺寸),吸收系数随着操作条件及气液接触状况的不同而变化。工程上往往用实验测定传质系数作为放大设计吸收设备的依据。
本实验采用固定液相流量和入塔混合气二氧化碳的浓度,在液泛速度下,取两个相差较大的气相流量,分别测量塔的传质能力(传质单元数和回收率)和传质效率(传质单元高度和体积吸收总系数)。常压下二氧化碳在水中的溶解度比较小,用水吸收二氧化碳的操作是液膜控制的吸收过程,所以在低浓度吸收时填料层高度可用以下公式计算:
当气液平衡关系符合亨利定律时,式(5.46)可整理为:
式中 L——吸收剂用量,kmol/h;
Ω——填料塔截面积,m2;
KXa——液相体积传质系数,kmol/(m3·h·ΔXm);
Z——填料层高度,m;
X1、X2——塔底、塔顶液相中二氧化碳比摩尔分率;
X1∗——与塔底气相浓度平衡时塔底液相中二氧化碳比摩尔分率;(www.xing528.com)
X2∗——与塔顶气相浓度平衡时塔顶液相中二氧化碳比摩尔分率。
对水吸收二氧化碳空气混合气中二氧化碳的体系,平衡关系服从亨利定律,平衡时气相浓度与液相浓度的相平衡关系近视的认为:?
式中 Y——塔内任一截面气相中二氧化碳浓度比摩尔分率表示;
y——塔内任一截面气相中二氧化碳浓度比摩尔分率表示;
X∗——与气相浓度平衡时的液相二氧化碳比摩尔分率;
m——相平衡系数;
E——亨利系数,MPa;
P——混合气体总压,近似为大气压,MPa。
通过测定物性参数水温和大气压确定亨利常数,只要同时测取二氧化碳—空气混合气进出填料吸收塔的二氧化碳的含量,即可获得与气相平衡时液相二氧化碳的浓度。
清水时吸收剂,从塔顶喷淋到填料层上,所以塔顶液相中二氧化碳浓度X2=0,可根据吸收塔物料衡算式求取塔底液相中的二氧化碳浓度;
式中 V——惰性空气流量,kmol/h;
Y1,Y2——塔底、塔顶气相中二氧化碳比摩尔分率。
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