实验填料塔吸收实验

1 实验目的

1、了解吸收工艺的流程和设备结构，掌握吸收操作方法。

2、观察不同空塔气速下填料塔内的流体动力学状态。 确定气体通过填料层的压降与气体速度之间的关系。

3、掌握总传质系数的测定方法，测定一定喷雾量下水吸收的氨的体积传质系数T。

4.通过实验了解ΔP-u曲线和传质系数对工程设计的重要性。

2 实验原理

1、填料塔流体力学特性

吸收塔中填料的主要作用是增加气相和液相之间的接触面积。 当气体通过填料层时，由于局部阻力和摩擦阻力而产生压力降。

填料塔的水动力特性是吸收设备的重要参数。

包括压降和溢流定律。确定填料塔的流体力学特性

目的是计算填料塔所需的电耗，确定填料塔

合适的操作范围，选择合适的气体和液体负荷，所以填料

塔的流体动力特性是确定**操作气速的基础。

当气体通过干式填料（L=0）时，其压降与空塔相同

空气速度之间的函数关系是对数坐标上的直线，例如

图中AB线的斜率为1.8～2。当喷洒液体时，

低气速时，气体通过干填料时压降与气速的相关线几乎与压降与气速的相关线AB平行，但在低气速时压降大于干填料的压降。相同的气体速度，如图CD部分所示。 随着气体速度进一步增大，出现加载点（图中D点），填料层的持液能力开始增大。 空塔内压降与风速的连线向上弯曲，且斜率变大，如图中DE剖面所示。 当气体速度增大到E点时，填料层的持液能力积累越来越多，气体压力几乎垂直上升，气体以气泡状穿过液体，引起液泛现象。 该点E称为泛滥点。

2.传质实验

总体积传质指数K

a是单位填料体积和单位时间吸收的溶质量。 它是反映反应填料吸收塔性能的主要参数，也是设计填料高度的重要数据。

在该实验中，水吸收空气-氨混合气体中的氨。 混合气体中氨的浓度很低。 吸收得到的溶液浓度不高，可以认为气相和液相之间的平衡关系服从亨利定律（即平衡在XY坐标系位置线上）。 因此，可以采用树皮平均浓度差法来计算填料层传质的平均驱动力。 相应的传质速率方程为：

A=K

一个·V

·ΔY

所以K

Ya=G

/V

ΔY

其中 ΔY

m =[(Y

-Y

e1

)-(Y

-Y

e2

)]/[ln(Y

-Y

e1

)/(是

-Y

e2

)]

式中G

—单位时间氨吸收量[Kmol/h]

a——总体积传质系数[Kmol/m3h]

—填充层体积[m3]

ΔY m——气相数均浓度差。

——进入塔内气体的摩尔比。

e1

— 处于平衡状态的气相与离开塔的液相的摩尔比。

—离开塔的气体的摩尔比。

e2

——平衡状态下的气相与进入塔内的液相的摩尔比。

3. 设备和流程

空气由风机送入空气缓冲罐，再由阀门调节风量。 由空气转子流量计测量。 它与氨（由转子流量计测量）在管道中混合，然后进入塔底部。 混合气体在塔内被水吸收。 **废气从塔顶排出。 出口处设有废气稳压阀，维持一定的废气压力（0左右）作为废气通过分析仪的动力。

100-

自来水经过滤并经转子流量计计量后，喷淋空气进入塔顶并喷出。 塔底的吸收液通过排水管流入排水沟。 排水管可上下移动，控制管内液位，不上升至塔段，保证液密封。

二氧化碳由氨瓶提供。 缓慢打开氨瓶阀门，二氧化碳进入自动减压阀，压力稳定在0.1Mpa范围内。 氨压力表指示氨瓶内部压力，氨压力表指示减压后的压力。

由于气体流量与状态有关，所以每个气体流量计前面都有一个表压表和一个温度计。

为了测量塔内压力和塔内压降，安装有表压表17和差压表2。 还需要大气压力表来测量大气压力。

废气分析仪由吸收箱26和湿气流量计27组成。

流程图如下

1.二氧化碳阀

2.6氨压力表

3、减压阀

4. 氨瓶

5. 11 温度计 7.

空气缓冲罐 8、氨压力表 9、15、28 转子流量计 10、氨压力表 12、空气缓冲罐 13、放气阀 14、空气调节阀 16、顶部排气压力表 17、填料支撑板 18、排水管道19、塔压降20、填料塔21、喷雾器22、废气稳压阀23、废气取样管24、稳压瓶25、取样瓶塞26、吸收分析箱27、湿体积流量计29、放气阀30、进水调节阀

四、操作要点

1.流体机械性能的测量

(1)测量填料压降时，塔内填料必须提前干燥。 为了打开空气调节阀，

—U 打开气泵，缓慢调节改变风量约6次，测量塔压降，得到ΔP

干燥

关系。

(2) 测量的填料压降。

A。 测量前应进行预浸水，使填料表面充分润湿。

b. 当实验接近液驱时，进入塔内的气体增长速度应减慢，否则图中的液驱点将不易找到。 密切观察填料表面气液接触情况，注意填料层压降的变化。 待各参数稳定后读取数据。 驱替后，填料层的压降在几乎恒定的气速下显着上升。 这个功能一定要掌握。 稍微加大风量多取一两个点，注意不要让风速超过摇摄点太多。 避免包装被冲孔和破裂。

(3)应注意空气浮子流量计调节阀的启闭要缓慢，以免玻璃管破裂。 切断、停车前应将调节阀微开。

2、传质实验：

(1)关闭减压阀后，缓慢打开二氧化碳阀，然后缓慢打开减压阀。 保持二氧化碳恒温罐压力在0.05Mpa左右，不得超过，以免冲出指示液。

(2)传质实验操作条件的选择

喷水密度为10m3/m2h，孔塔风速为0.5-0.8m/s。 进入塔的二氧化碳适宜浓度为3-5%左右。

(3)废气成分Y2分析

预先在分析箱中加入1ml已知当量浓度的稀硫酸作为吸收液，加入2-3滴甲基红作为指示剂，加入蒸馏水至刻度，以避免分析误差。 分析开始时，打开旋塞25，被测塔顶气体通过分析并吸收氨，同时用湿气流量计27测量空气。旋塞25的开度适中。 当吸收液达到终点（PH 4.2-6.2，红色变为黄色）时，立即关闭 25，记录湿流量计旋转的体积和空气温度。 太大，吸收不完全； 如果太小，时间就会太长。

(5)实验结束后，关闭二氧化碳时，务必先关闭二氧化碳钢瓶主阀1，然后关闭减压阀3和调节阀3。

(6)停氨后，继续通入空气和水，清洗塔内残留的氨。 避免填料表面结垢。

5. 报告要求

1、计算一定喷雾量下干式填料和湿式填料在不同空塔气速下单位填料层高度的氮气压降，即ΔP/Z[Pa/m]。 并在双对数坐标系中绘制。 找到加载点和一般点。

2、计算实验条件下（一定喷雾量、塔内一定风速）的总传质系数Kya值和气相

总传质单元高度H OG )。

3. 根据书中质量系数相关性计算K ya 值，并与实验值进行比较。 6． 讨论问题

1.解释Gan填料压降线和Type填料压降线的特点。

2、比较填料层浸水时单位高度的压降是否与相关图中的值一致。 普通填料浸水时填料层单位高度的压力降是多少？

3、计算实验条件下填料塔的试剂液气比L/V。 **小液气比是多少倍？

4、填料吸收塔喷淋量增大时，对X 2 和Y 2 有何影响？

5、填料塔结构有什么特点？

6、测量干填料压降时，塔内填料表面不要吹得太干。 对测量结果有什么影响？7． 附录

1、氨液相浓度小于5%时亨利系数与温度的关系

温度t(℃) 0℃ 10℃ 20℃ 25℃ 30℃ 40℃ 亨利系数(大气压) 0.293 0.502 0.778 0.947 0.125 1.938

即，E＝7.92857×10-4t 2+7.×10-3t+0。 2、总体积传质系数KY a 和气相总传质单元高度H OG 整理步骤。

KY a=GA /VP ·ΔY m

①标准工况下空气流量V 0

V 0=V 1·T 0/P 0(P 1P 2/T 1T 2)1/2 [m 3/h] 其中：

V 1——空气转子流量计算值[m 3/h]

T 0、P 0——标准条件下空气的温度和压力。 [K],[mmHg] T 1,, P 1——标准条件下空气的温度和压力。 [K]、[mmHg] T 2、P 2——使用空气的温度和压力。 [K],[mmHg] ②标准条件下二氧化碳流量V 0/(经试验证明)

V 0/=V 1/·T 0/P 0(ρ01P 1P 2/ρ02T 1T 2)1/2 [m 3/h] 其中：

V 1/——二氧化碳转子流量计计算[m 3/h] ρ01——标准条件下的空气密度 1.293 [Kg/m 3] ρ02——标准条件下的二氧化碳密度 0.7810 [Kg/m 3]

若二氧化碳中纯氨为98%，则标准条件下纯氨的流量为V

//为了

V 0//=0.98V

③惰性气体摩尔流量G

G=V

/22.4[千摩尔/小时]

④单位时间氨吸收量G

GA =G(Y

-Y

⑤进气浓度Y

Y 1=n

/n

——二氧化碳的摩尔数； n

——空气的摩尔数，即：Y

=V

//V

⑥废气浓度

Y 2=(N

·V

)/[V(T

/T)/22.4]

在公式：

—在分析盒中加入0.4N以下的硫酸当量浓度[N]，约10分钟即可变色。

—加入分析箱的硫酸溶液体积[mL]

V——气体流量计测量的空气体积[mL]

—标准条件下的气温，298K

T——流经湿气表的空气温度[K]

⑦对数平均浓度差（ΔY）

(ΔY)

m =[(YY

-(YY

]/ ln[(YY

/(YY

X 2=0 ∴Y

e2

=0Y

=mx

在公式：

m——相平衡常数

m=E/P

E——亨利系数

P——系统总压力=大气压力+塔废气标准压力+1/2（塔压降）

=塔釜内吸收液较多比例（有物料则通过常数计算得到）

GA=L

（X

-X

—单位时间喷水量[kmoL/h]

X 1.X

——分别为塔底吸收液与塔顶溶剂的摩尔比。

X 2=0 ∴X

=G

/升

X 1=X

/(1+X

⑧气相总值传输单元高度H OG =G //KY a

G/——通过塔界面的空气摩尔流量[kmoL/m 3s] G=G/[(π/4)D 2·3600] 3、记录表格格式 (1) 基本数据：

实验系统：二氧化碳、空气、水填料类型：陶瓷拉西环

填料层高度：0.7m 塔内径：0.1m

包装规格：12×12×1.3mm 大气压力：

(2) 运行记录气压：