PAGE PAGE 46 填料吸收塔(CO2-H2O)实验讲义 实验目的 了解填料吸收塔的结构和流体力学性能 学习填料吸收塔传质能力和传质效率的测定方法。 实验内容 测定填料层压强降与操作气速的关系確定填料塔在某液体喷淋量下的液泛气速。 采用水吸收二氧化碳空气解吸水中二氧化碳，测定填料塔的液侧传质膜系数和总传质系数 實验原理 气体通过填料层的压强降 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，不同喷淋量下的填料层的压强降 ΔP , kPa 图6-1-1 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当有一定的喷淋量時，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 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楿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 （1） 膜系数和总传质系数 根据双膜模型的基本假设，气相侧和液相侧的吸收质A的传质速率方程可分别表达为 气膜 （6-1-7 液膜 （6-1-8 式中：—A组分的传质速率； A —两相接触面积，m2； —气侧A组分的平均分压Pa； —相界面上A组分的平均分压，Pa； —液侧A 组分的平均浓度 —相界面上A组分的浓度 kg —以分压表达推动力的气侧傳质膜系数，; kl —以物质的量浓度表达推动力的液侧传质膜系数。 dh相 界 面距离液膜气膜浓度 P2 = PA2 dh 相 界 面 距离 液 膜 气 膜 浓度 PA PAi CAi CA PA CA PA+dPA CA+dCA P1=PA 1 CA1FL 图6-1-2双膜模型的浓度汾布图 图6-1-3 填料塔的物料衡算图 以气相分压或以液相浓度表示传质过程推动力的相际传质速率方程又可分别表达为 （6-1-9 （6-1-10 式中：—液相中A组分嘚实际浓度所要求的气相平衡分压，Pa； —气相中A组分的实际分压所要求的液相平衡浓度； KG—以气相分压表示推动力的总传质系数或简称為气相传质总系数，； KL —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， 若气液相平衡关系遵循享利定律：，则 （6-1-11 （6-1-12 當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KG = kg； 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KL= kl。 如图6-1-3所示在逆流接触的填料层内，任意截取一微分段并以此为衡算系统，则由吸收质A的物料衡算可得： （6-1- 式中：FL—液相摩尔流率； ρL—液相摩尔密度， 根据传质速率基本方程式，可写出该微分段的传质速率微分方程： （6-1-13 联立上两式可嘚： （6-1- 式中：a —气液两相接触的比表面积 m2·m-1； S —填料塔的横载面积，m2 本实验采用水吸收二氧化碳，已知二氧化碳在常温常压下溶解度較小因此，液相摩尔流率FL和摩尔密度ρL的比值亦即液相体积流率（Vs）L可视为定值，且设总传质系数KL和两相接触比表面积a在整个填料層内