化工原理实验指导书（传质部分）

六、实验注意事项

1、实验过程中，始终都要使天平能够自由摆动，这是实验成功的关键。 2、为了设备的安全，开车时，一定要先开风机后开空气预热器。停车时则相反。

3、湿球温度计的水从喇叭口处加入，注意加至刚到U形管下端部顶为止，不要过多，以避免溢流入风道内。实验过程，视蒸发情况，中途加水一、二次。 附： [1] 数据处理

某次实验测得如下数据及表中所示：

试样物料：某蔗渣化学浆板 试样尺寸：146×98×7.5（长×宽×厚，毫米） 试样绝干质量：Gc =46.5克 开始时湿试样质量：G=130克 计算举例以表中序号3至4为例。 （1）干燥速率（U）：

干燥速率为单位时间内在单位面积上汽化的水分质量，用微分式表示为：

U??GCdXG?X??CAd?A??

负号表示物料含水量随干燥时间增加而减少。 具体数字：

A=2[（0.146×0.098）+(0.098+0.146) ×0.0075] = 0.0323 (m2); 序号3：X3?(G?Gc)/Gc?(124?46.5)/46.5

序号4： X4 = (121－46.5)/46.5; △τ=2×60.0+29.2=149.2 (S). 序号3—4：

Gc·△X = Gc（X3－X4）= (124-121) ×10-3=3×10-3(kg) U=3×10-3/（0.032×149.2）= 6.23×10-4(kg/m2.S) （2）湿物料含水量（X）：

与上项干燥速率相对应的湿物料含水量（X）应为：

X=（X3+X4）/2=[（G3+G4）/2Gc]-1 =[(124+121)/（2×46.5）]-1=2.63-1=1.63 （3）空气流量的计算：（VS）

采用标准孔板流量计。管径D=106mm;孔径d=68.46mm;孔的截面积S0=3.68×10M;

m?(d2)?0.4171 而体积流量计算公式为： D-33

Vs?C0?k1?k2?S0???1 (米/秒) R2g(3)(0)?10式中： Vs -----流经孔板的空气体积流量；（孔口表压强降约为4mmHg，温度与风机出口温度

一致）

ρ0·ρ1----压差计指示液（水，室温）和指示液上部介质（室温空气）的密度。因为

ρ0>>ρ1故ρ1可取标准状态下值，ρ0随温度变化也不大，所以可以令ρ0-ρ1=997

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（kg/m）;

ρ----流经孔板的空气密度，（kg/m）状态和Vs状态相同，

ρ=1.293（760/760+4）(273/T)=351.1/T 其中T----风机出口端温度，（K）； R----压差计示值，（毫米） k1----粘度校正系数； K2----管道粗糙度修正系数。

S0----干燥实验段洞道截面尺寸 0.2m×0.15m 3

3

本设备中，k1=1.014 k1 =1.009

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实验二 填料吸收塔的操作及其吸收总传质系数的测定��

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.了解填料吸收塔的流体力学特性，测定压降与空塔气速的关系； 4.掌握吸收总传质系数KYa的测定方法。

二、实验内容

1.在各种喷淋量下（包括喷淋量为零）测量气速和压降的关系，并且记录塔内拦液和液泛的现象。

2.分别在下列条件下，测定气体进出口浓度，由此计算组分回收率η，传质推动力ΔYm，和总传质系数KYa。

（1）改变吸收剂（清水）的流量； （2）改变空气的流量。

三、基本原理

1.吸收塔的操作和调节

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η可按下式计算：

??Y1?Y2Y?1?2 Y1Y1吸收塔的气体进口条件是由前一道工序决定的，吸收剂的进口条件：流率L、温度T、浓度X2是控制和调节吸收操作的三要素。

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V不变时，增加吸收剂流率，吸收速率NA增加，溶质吸收量增加，那么出口气体的组成Y2减少，回收率η增大。当液相阻力较小时，增加吸收剂流量，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，增加吸收剂流量，总传质系数大幅度增加，而传质平均推动力ΔYm可能减少，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，相平衡常数减少。

对于液膜控制的吸收过程，降低操作温度，吸收过程阻力

1m?将随之减少，结果使吸KYakXa收效果变好，Y2降低，但平均推动力ΔYm或许也会减少。对于气膜控制的吸收过程，降低操作温度，吸收过程阻力

11不变，但平均推动力ΔYm增大，吸收效果同样会变好。总之，降低?KYakYa11

吸收剂的温度，改变了相平衡常数，对过程阻力及过程推动力都产生影响，其总的结果使吸收效果变好，吸收率提高。

吸收剂进口浓度X2是控制和调节吸收操作的又一个重要因素。降低吸收剂进口浓度X2，液相进口处的推动力增大，全塔平均推动力ΔYm也随之增大，而有利于吸收过程回收率的提高。

应该注意，当气液两相在塔底接近平衡时，要降低Y2，提高回收率，用增大吸收剂用量的方法更有效。但当气液两相在塔顶接近平衡时，提高吸收剂用量，即增大液气比不能使Y2明显的降低，只能用降低吸收剂入塔浓度X2才是有效的。

最后应注意，上述讨论是基于填料塔的填充高度是一定的，亦即针对某一特定的工程问题进行的操作型问题的讨论。若是设计型的工程问题，则上述结果不一定相符，视具体问题而定。 2．吸收总传质系数的计算

实验物系是清水吸收氨，惰性气体为空气，气体进口中氨浓度Y1＜10%，属于低浓度气体吸收。 传质速率式：NA?KYa?Vt??Ym （1）

物料衡算式：V(Y1?Y2)?L(X1?X2) （2） 相平衡式： Y?mX （3） (1)和(2)式联立得：KYa?V(Y1?Y2) （4）

Vt?Ym(Y1?mX1)?(Y2?mX2) （5）

Y1?mX1lnY2?mX2 ?Ym?式中Vt——填料层体积，m3

四、实验装置和流程

实验装置包括氨气钢瓶、风机、填料塔与尾气分析装置等，其流程如图所示。

空气由风机1供给，阀2用于调节空气流量（放空阀），阀2开大，空气入塔流量减少。这是因为容积式风机不能用启闭出口阀门来调节空气流量的缘故，当然，如果采用离心式风机，也可不用这种调节方法。在气管中空气与氨混合入塔，经吸收后排出，出口处有尾气调压阀9，这个阀在不同的流量下能自动维持一定的尾气压力（约90至130mmH2O柱），作为尾气通过分析器的推动力。

水经总阀15进入水过滤减压器16，经调节阀17及流量计18入塔，水过滤减压器一方面滤去水中铁锈和污泥，另方面能自动稳定压力，以消除自来水压力波动引起的流量波动。

氨气由氨瓶23供给，开启氨瓶阀24，氨气即进入自动减压阀25中。这阀能自动将输出氨气压力稳定在0.5～1kg/cm范围内。由于气体流量与气体状态有关，所以每个气体流量计前均有表压计和温度计。

为了测量塔内压力和填料层压降，装有表压计20和压差计19，另外还需用大气压力计（由用户自备）以测量大气压力。塔底压强测量口有一小段斜管是用以避免水堵现象。

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