填料吸收塔的操作及其Kya的测定实验讲义

化工原理实验

实验五 填料吸收塔的操作及其Kya的测定

气体吸收是一种典型的化工单元操作，在合成氨、三酸、石油化工以及环保中的含SO2废气、鞋业中的“三苯”处理等部门获得广泛应用。

5.1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. 掌握吸收总传质系数的测定方法。

5.2原理

吸收是分离混合气体时利用混合气体中某组分在吸收剂中的溶解度不同而达到分离的一种方法。不同的组分在不同的吸收剂，不同的吸收温度，不同的液气比，不同的吸收剂进口浓度，吸收速率是不同的。所选用的吸收剂对某组分具有选择性吸收。 5.3吸收塔的操作与分析

y

1 y2

吸收操作的目标函数：y2 或 η

y1

影响y2 有：1.设备因素；2..操作因素。 1.设备因素

a. 填料塔的结构

典型的填料塔结构为塔体是一圆形筒体，筒体内分层安放一定高度的填料层，填料层底端由搁栅支撑，液体分布器和液体再分布器将吸收剂均匀地分散至整个塔截面的填料上。液体靠重力自上而下流动，气体靠压差自下而上流动。填料的表面覆盖着一层液膜，气液传质发生在气液接触面上。

最早的填料拉西(1914)由拉西发明，它是一段外径和高度相等的短管，时隔多年，鲍尔环，阶梯环，弹簧填料，θ环填料 不锈钢金属丝网波纹填料，以及种类繁多的规整填料。评价填料特性的三个数字：

1) 比表面积 a (m2/m3) 越大越好；

2) 空隙率ε 气体阻力尽可能小，ε越大越好； 3) 单位堆积体积内的填料数目n。

图1. 填料塔结构示意图 b. 填料的作用

(1) 增加气液接触面积

应满足：1) 80%以上的填料润湿。

2) 液体为分散相，气体为连续相 (反之为鼓泡塔，失去填料的作用) 。 (2) 增加气液接触面的湍动

应满足：1) 保证气液逆流。 图2. 操作线与平衡线的关系

2) 要有适宜的液气比，若气速过大，液体下降速度为零，即发生液泛。填料塔的操作满足了上述要求，填料才会起作用。

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c. 液体分布器的作用

(1)较高的填料层，需分段安装液体再分布器。

(2)克服液体向壁偏流现象，为此，每隔一定高度的填料层，要装有液体再分布器。

(3)使填料均匀润湿，从而增加气液接触面积。 2. 操作因素

本文所强调对于特定的吸收过程，改变L、t、x2三要素对改善y2所起的作用是不同的，即回答特定的吸收过程，三要素中哪一个是控制因素。

(1) 当L/G ＞＞m时，推动力△ym 由操作

线某一端靠近平衡线的那一头所决定，见图2所示。若增加吸收剂L的流量导致解吸超负荷，解吸不彻底，所引起的后果是吸收剂进口浓度x2增加，从而使吸收后尾气浓度y2 也增加。针对这种情况，控制操作要素是x2，降低x2，见图2所示。其方法有二种：

1) 改善解吸塔的操作，采用一切

能使解吸彻底的方法。

2) 增加新鲜吸收剂的用量。

(2) 当L/G＜＜ m时，若适当增加吸收剂流量，其一改善了操作线的斜率，见图3所示，△ym将增加；其二对液膜传质分系数的提高也有一定的贡献。如果物系属于

液膜控制，此时的控制操作要素是适当增加吸收剂的流量L。但是，L的增加有适度的要求，一般为L/G=(1.1～2)(L/G)min,还应同时考虑再生设备的处理能力。

（3）当吸收系强放热过程时，意味着自塔顶而下，吸收液温度增加很大，甚至达到了解吸温度。此时的平衡线斜率变陡，传质推动力△ym下降，见图4所示。如，用水来吸收SO3制H2SO4,第一步只能先制得93%的硫酸，再用93%硫酸冷却后吸收SO3,经脱去少量水，才制得98%浓硫酸。因此，针对这种情况，控制操作要素是吸收剂温度t，即吸收液需经中间冷却后再吸收。

3. 吸收总传质系数的测定

传质速率式： NA=Kya·H·△Ym (1)

物料衡算式： G空(Y1-Y2)=L(X1-X2) (2) 相平衡式： Y=mX (3)

G空Y1 Y2

(1)和(2)式联立得： Kya= (4)

H Ym

由于实验物系是清水吸收丙酮，惰性气体为空气，气体进口中丙酮浓度y1>10%,属于高浓度气体吸收，所以：

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Y1=

y2y1

； Y2= ； 1 y11 y2

G空—装有测空气的流量计； V填—与塔结构和填料层高度有关；

(Y1 mX1) (Y2 mX2)

(5)

Y1 mX1ln

Y2 mX2

G空L

(Y1 Y2) ； m=0.5855e

0.0518t

其中： Ym

X2 0 ； X1

L—装有测吸收剂的流量计；

t—在吸收剂进塔与出塔处装有测液体的温度计， t

t进 t出

2

将以上测量仪表与吸收塔，液体高位槽，管道加热器，丙酮鼓泡器，压力定值器，空气压缩机以及阀门管件等一起，组建成以下实验装置流程图。

5.4实验装置流程图

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5.5实验步骤

1．检查高位槽液位。

2．打开空气压缩机，通过旁路阀调节压缩机出口压力0.1～0.2Mpa，打开吸收剂计量流量计至刻度为2 L/h。

3．调节压力定值器至刻度为0.02Mpa，此压力足够提供气体流动，尾气经水继续吸收后再排放。

4．调节液封装置中的调节阀使吸收塔塔底液位处于气体进口处以下的某一固定高度。 5．调节空气计量流量计至刻度为400 L/h。

6．待稳定5 min后，分别对气体进、出口y1、y2取样分析，为使实验数据准确起见，先取y2,后取y1；取样针筒应在取样分析前用待测气体洗二次，取样量近30ml。 7．空气流量计校正，其校正公式为： N( f ) NPNTV

VN ( f N) TNP

当常温吸收实验数据测定完后，将吸收剂进口加热温度开关打开，待进、出口温度显示均不变时，取样分析。

5.5原始数据记录

装置号： 塔径： mm 填料高度： mm 填料类型： 大气压 KPa

5.7思考题：

1. 从传质推动力和传质阻力两方面分析吸收剂流量对吸收过程的影响？ 2. 填料吸收塔塔底为什么要有液封？液封装置是如何设计的？

3. 从实验数据分析水吸收丙酮是气膜控制还是液膜控制，还是两者兼而有之？

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