化工原理实验报告（正文） - 例3吸收(3)

南京工业大学化工原理实验报告 - 11 -

积Ai和A0，根据公式(2)和(3)就可计算出水蒸汽的冷凝给热系数α0及冷流体的对流给热系数αi。

2. 给热系数的经验公式

Nusselt求得纯净蒸汽在水平圆管外表面膜状冷凝平均给热系数的半经验公式：

?g?2?3???1.13????d0(ts?tw)?0.25 ?0 （2-6）

式（6）中，蒸汽冷凝潜热γ为饱和蒸汽温度ts下的数据，壁温tw取进、出口壁温的平均值(tw1+ tw2)/2，冷凝液物性ρ、λ、μ取液膜温度(ts+tw)/2下的数值。因此，只要测出套管换热器内管的外径d0, 就可算出蒸汽冷凝给热系数α0。

对低粘度的液体在圆形直管内的呈湍流流动且被加热时，其对流给热系数可采用Dittus-Boelter关联式： ?i?0.023??di?0.80.4??diu???????Cp????????? （2-7）

式（7）中的冷流体的物性λ、μ、ρ、Cp为冷流体在管内进、出口温度的算术平均值（t1+t2）/2所对应的数据，流速u为冷流体体积Vc流量除以管内径di计算的截面积。

三、实验装置与流程

2途经阀○6、7由蒸汽分布管进入套管换热器的环隙通道， 水蒸汽自蒸汽发生器○阀○冷凝

9、阀○8排入水沟。 水由阀○

4或电动调节阀○5、12控制的旋涡气泵产生的空气依次经过阀○冷流体水或来自由变频器○13、10进入套管换热器的内管，涡轮流量计○水或空气流量调节阀○被加热后排入下水道或放空。

画图

四、 实验步骤与注意事项

4.1 空气~水蒸汽系统

1. 开启电源。依次打开控制面板上的总电源、仪表电源。

1, 调节手动调节阀○10使风量最大。 2. 启动旋涡气泵○

9、阀○8，排除套管环隙中积存的冷凝水，然后适当关小3. 排蒸汽管道的冷凝水。打开阀○

8，注意阀○8不能开得太大，否则蒸气泄漏严重。 阀○

6，蒸汽从蒸汽发生器○2沿保温管路流至阀○7；慢慢打开阀○7，4. 调节蒸汽压力。打开阀○

蒸汽开始流入套管环隙并对内管的外表面加热，控制蒸汽压力稳定在0.02MPa, 不要超过0.05MPa，否则蒸汽不够用。

5. 分别测定不同流量下所对应的温度。当控制面板上的巡检仪显示的11个温度、压力数据及智能流量积算仪上显示的空气流量稳定后，记录下最大空气流量下的全部的温度、压力、

6，分别取最大空气流量的1/2及1/3，分别记录下相应流量下的流量数据。然后再调节阀○

稳定的温度和压力数据，这样总共有3个实验点。

7和阀○6，关闭仪表电源及总电源。 6. 实验结束后，关闭蒸汽阀○

4.2 水~水蒸汽系统

操作步骤、方法基本上同空气~水蒸汽体系一样，只是冷流体由空气改为冷水，实验点仍然取3个。

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五、 数据记录及数据处理

实验装置 号，体系 ，蒸汽压力 MPa 管长L= 1.01 m，内管管径： ?16×1.5mm

实验 t1 t2 TW11 TW12 TW13 TW21 TW22 TW23 T1 T2 流量V 序号 (m3/h) (℃) (℃) (℃) (℃) (℃) (℃) (℃) (℃) (℃) (℃) 冷流体 计算结果 实验 内管内壁给热系数?i 内管外壁冷凝给热系数?0 总传热系数k 流量V 2序号 [W/(m· ℃)] 322(m/h) [ W/(m· ℃) ] [ W/(m· ℃) ] 所测实验装置为1号：水蒸气～水体系，蒸汽压力P＝0.03Mpa，T＝18℃ 计算举例：以第一组数据为例

水阀全开时的流量为：V’＝0.35l/s 定性温度tm=(t1+t2)/2=18℃

18℃时查附录可得水的物性参数： cp=4.185×103J/kgK ρ=998.2kg/m3

冷流体 t

s=120℃

λ=59.362×10-2W/mK μ=106.442×10-5Pas TW=( TW1+ TW2 + TW3)/3=86.814℃ tw=( tW1+ tW2 + tW3)/3=82.211℃

(T?Tw)m?(T1?Tw)?(T2?Tw)lnT1?TwT2?Tw?64.02 r=2205.2kJ/kg

?13.34

(tw?t)m?(tw1?t1)?(tw2?t2)lntw1?t1tw2?t2

紫铜管规格：直径φ16×1.5mm，长度L=1010mm Ai=πdl=3.14×(0.016-0.0015×2)×1.01=0.04123mA0=πdl=3.14×0.016×1.01=0.05074m2

2

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?0?V?CP(t2?t1)A0(T?Tw)mV?CP(t2?t1)A0(tw?t)m?26524.3 ?6802.2

?i?管内、管外给热系数的理论值：

在水平管外，蒸汽冷凝给热系数（膜状冷凝）的半经验式： 定性温度tm=(ts+tm)/2

?0?0.725(?g?r?d0?t23)1/4?12239.5

流体在直管内强制对流时的给热系数的半经验式： 定性温度tm=(t1+t2)/2=18℃

?i?0.023?diRe0.8Pr0.4?0.023?di?di?(4V?)0.8(cp??)0.4?7939.1

计算管内、管外给热系数的误差：

实验六 吸收（解吸）实验

实验日期： ，实验过程 吸收 （吸收或解吸） 一、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. 测定填料塔的流体力学性能；

4. 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； 5. 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。 1）计算公式

填料层高度Z为

z??Z0dZ?LKxa?x1dxx?x?x2?HOL?NOL

????????? （3－1）

2

式中： L 液体通过塔截面的摩尔流量，kmol / (m·s)；

Kxa △X为推动力的液相总体积传质系数，kmol / (m3·s)； HOL 传质单元高度，m； NOL 传质单元数，无因次。 令：吸收因数A=L/mG

（3－2）

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NOL?11?Aln[(1?A)y1?mx2y1?mx1?A] ??????? （3－3）

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 = mx ???????????? （3－4） 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

G(y1?y2)?L(x1?x2)

可得x1 。

三、 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。

图1 吸收装置流程图

2〕主要设备

（1）吸收塔：高效填料塔，塔径100mm，塔内装有金属丝网板波纹规整填料，填料层总高度2000mm.。塔顶有液体初始分布器，塔中部有液体再分布器，塔底部有栅板式填料支承装置。填料塔底部有液封装置，以避免气体泄漏。

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（2）填料规格和特性：

金属丝网板波纹填料：型号JWB—700Y，填料尺寸为φ100×50mm，比表面积700m2/m3。 （3）转子流量计； 介质 空气 CO2 水 条 件 最大流量 6m3/h 160 L/h 最小刻度 0.1 m3/h 10 L/h 标定介质 空气 空气 标定条件 20℃ 1.0133×10Pa 20℃ 1.0133×105Pa 20℃ 1.0133×105Pa 5水 1000L/h 20 L/h （4）气泵：层叠式风机，风量0～90m3/h，风压40kPa； （5）二氧化碳钢瓶；

（6）气相色谱仪（型号：SP6801）； （7）色谱工作站：浙大NE2000。

四、 实验步骤与注意事项

1) 开启气相色谱：

（1）打开高纯氢发生器；

（2）等到高纯氢发生器压力达到0.3MPa，调节气相色谱压力调节阀（向右），缓慢升到0.12 MPa；

（3）检测热导放空是否畅通：将放空管通入水中，看是否冒泡；

（4）打开色谱电源，面板亮，处于准备状态； （5）按“设定”键，出现“DT”，输入“050”；再按“设定”键，出现“IJ.”，输入“050”；再按“设定”键，出现“OV”，输入“040”； （6）按“加热”键；

（7）当“恒温”灯亮时，按“桥流”，输入“160”，再按一次“桥流”； （8）按“衰减”键，输入“001”，再按一次“衰减”； （9）打开计算机；

（10）点击计算机桌面上的“在线工作站”，打开“通道1”； （11）点击“采集数据”，观察基线，用色谱面板上的“粗调”将基线调至＋20左右； （12）转动色谱“流通阀”：向右“进样”方向转，2秒后转回原来位置； （13）立即点击“采集数据”； （14）色谱出峰：第一个较大的峰为空气，第二个峰为CO2；待第二个峰出完后，点击“停止采集”； （15）色谱自动积分出含量（体积百分即摩尔百分）。 2）实验步骤

（1）熟悉实验流程及弄清气相色谱仪及其配套仪器结构、原理、使用方法及其注意事项； （2）打开仪表电源开关及风机电源开关；

（3）开启进水总阀，使水的流量达到400L/h左右。让水进入填料塔润湿填料。 （4）塔底液封控制：仔细调节阀门○2的开度，使塔底液位缓慢地在一段区间内变化，以免塔底液封过高溢满或过低而泄气。

（5）打开CO2钢瓶总阀，并缓慢调节钢瓶的减压阀（注意减压阀的开关方向与普通阀门的开关方向相反，顺时针为开，逆时针为关），使其压力稳定在0.1Mpa左右； （6）仔细调节空气流量阀至1m3/h，并调节CO2调节转子流量计的流量，使其稳定在100L/h～160 L/h；

（7）仔细调节尾气放空阀的开度，直至塔中压力稳定在实验值；

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