实验一流体流动阻力的测定实验.doc

实验五填料吸收塔实验
一、实验目的
⒈了解填料吸收塔的结构和流体力学性能。
⒉学****填料吸收塔传质能力和传质效率的测定方法。
⒊掌握脉冲法测定填料塔中液相停留时间分布的方法。
⒋掌握用矩量法估计液相返混参数Pe(彼克列数)的方法。
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. 固定液相流量和入塔混合气氨的浓度,在液泛速度以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)。
3. 固定气相流量,测定不同液相流速对Pe的影响。
三、实验原理

ΔP, kPa
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,不同喷淋量下填料层的压强降ΔP与空塔气速u的关系如下图所示:

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的不同而变化。
本实验所用气体混合物中氨的浓度很低(),所得吸收液的浓度也不高,可认为气-液平衡关系服从亨利定律,可用方程式Y*=mX表示。又因是常压操作,相平衡常数m值仅是温度的函数。
⑴ NOG 、HOG 、KYa 、φA可依下列公式进行计算
(5-1)
(5-2)
(5-3)
(5-4)
(5-5)
式中:Z—填料层的高度,m;
HOG—气相总传质单元高度,m;
NOG —气相总传质单元数,无因次;
Y1 、Y2 —进、出口气体中溶质组分的摩尔比,;
D Ym—所测填料层两端面上气相推动力的平均值;
D Y2、D Y1—分别为填料层上、下两端面上气相推动力;
D Y1= Y1- mX 1 ; D Y2= Y2- mX 2
X2 、X1 —进、出口液体中溶质组分的摩尔比,;
m—相平衡常数,无因次;
KYa—气相总体积吸收系数,kmol /(m3 · h);
V—空气的摩尔流率,kmol(B)/ h;
Ω—填料塔截面积,m2;。
—混合气中氨被吸收的百分率(吸收率),无因次。
⑵操作条件下液体喷淋密度的计算
(5-6)
m3/ (m2· h)
3. 填料塔液相返混特性
描述返混的数学模型很多,较简单实用的是一维扩散模型。一维扩散模型的数学表达式:
(5-7)
式中Pe为彼克列数,描述返混程度的模型参数。对式(5-7)求解:
定解条件:实验采用脉冲法加入示踪剂,在流体出口处测定示踪剂浓度,闭式容器,列出如下定解条件:
取
初始条件:
边界条件:

用Laplace变换解得:
(5-8)
估计模型参数Pe:估计的方法有多种,如矩量法、