实验五、填料吸收塔实验

实验五、填料吸收塔实验

一、实验目的及任务

1.了解填料吸收装置的基本流程及设备结构； 2. 掌握总体积吸收系数的测定方法；

3.了解气体空塔速度和喷淋密度对总吸收系数的影响； 4.了解气体流速与压降的关系； 5. 测定规定条件下的总吸收系数；

6. 综合几个组的实验结果，分析操作条件对总吸收系数的影响； 3. 测定填料塔的流体力学性能。

二、基本原理

2.1流体力学实验

填料塔的压力降与泛点气速是填料塔设计与操作的重要流体力学参数。气体通过填料层的压力降将随气液流量的变化而改变。填料层的压力降△P/Z与空塔气速U的关系如图所示。

当无液体喷淋（L=0）时，△P/Z～U关系在双对数座标中为一斜率在1.8～2.0之间的直线。如图中AB线。当有一定的喷淋量时，（图中曲线1，2，3对应的流体喷淋量依次增大）。△P/Z～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△P/Z～U的关系线分为三个区段，即恒持液量区、载液区与液泛区。当液体喷淋密度达到一定值（如L=L1）后，液体以液膜状流径填料表面，A1B1为恒持液区，此区段中空塔气速较低，气体流速对填料表面上覆盖的液

膜厚度无明显影响，填料层内的持液量与空塔气速无关，仅随喷淋量的增加而增大。此区段的△P/Z～U关系线 与AB线平行，由于持液使填料层空隙率减小，故压降高于相同空塔气速下的干塔压降。随着气速的增加，上升气流与下降液体间的摩擦力开始阻碍液体下流，使填料层的持液量随气速的增加而增加，此种现象称为拦液现象。开始发生拦液现象时的空塔气速称为载点气速（如B1点）。超过载点气速后，△P/Z～U关系线的斜率大于2。在实测时，载点并不明显。如果气速继续增大，由于液体不能顺利下流，而使填料层内持液量不断增多，以致几乎充满了填料层中的空隙，此时，压强降急据升高。△P/Z～U关系线斜率可达10以上。压强降曲线近于垂直上升的转折点称为泛点。（如C1）达到泛点时的空塔气速称为液泛气速或泛点气速。

2.2传质性能实验：

吸收系数是决定吸收过程速率高低的重要参数，影响吸收系数的因素非常复杂，诸如：塔设备、操作条件、物系、填料类型、材质、尺寸、填料的装填情况、温度、压力等，所以

△PZKPa/mL3L2L1L03210μ m/s 1

迄今没有通用的计算方法。因此借助实验是获得吸收系数的最佳途径。

本实验所用物系为（氨—空气—水系统，用水吸收氨是易溶气体的吸收，此种吸收的阻力主要在气膜中，属“气膜控制”。气体混合物中氨的浓度很低（摩尔浓度为0.02～0.03，所得吸收液浓度也不高。因此可认为气—液平衡关系服从亨利定律，可用Y=mX表示。又因是常压操作，相平衡常数m值仅是温度的函数。

式中 Y—与该液相成平衡的气相中溶质的摩尔分率；

X—液相中溶质的摩尔分率； m—相平衡常数，无因次。

用水吸收氨时，若X<0.01时则E值如下表所示： 液相浓度<0.01下的亨利系数与温度关系： 温度（℃） 0 10 20 25 0.947 30 1.250 Y240 1.938 X2;L50 2.82 60 4.20 亨利系数（大气压） 0.293 0.502 0.778 （1）NOG，HOG，KYa，ψA，可依下列公式进行计算：

Y1?Y2NOG?△YmψA?Y1?Y2Y1△Ym?△Y1?△Y2△Y1ln△Y2Z?HOG?NOGKY??V?Y1?Y2???Z??YmV;Y1X1式中：Z—填料层高度 m；

HOG—气相总传质单元高度 m； NOG—气相总传质单元数；无因次；

Y1，Y2—进、出口气体中溶质组分的摩尔浓度

△Ym—所测填料层两端面上气相推动力的平均值； △Y2，△Y1—分别为填料层上、下端面上气相推动力； △Y1=Y1-mX1；△Y2=Y2-mX2

X2，X1—进、出口液体中溶质组分的摩尔浓度

KYa—气相总体积吸收系数，Kmol/m·h V—空气的摩尔流率，Kmol溶质/h

2

Ω—填料塔截面积m，D—塔Ω?3

Kmol 溶质Kmol 不溶气Kmol 溶质Kmol 溶剂

π2D径 4 2

ψA—混合气中氨被吸收的百分率（吸收率），无因次。

（2）操作条件下液体喷淋密度的计算：

液体流量 [m3/h]喷淋密度U?塔截面积 [m2]（3）物料衡算，对气体带进塔溶质的量与液体吸收的溶质量进行衡算：

V(Y1-Y2)= L(X1-X2)

式中：V—进塔空气的摩尔流量，Kmol/h

L—进塔溶剂（水）的摩尔流量，Kmol/h

显然等式两端越接近，说明搭的操作及分析手段越准确。 （4）空塔气速，即按空塔截面积计算的气体线速度：

u?

3

3

V空?V氨 m/sΩ?36002

式中：V空 m/h V氨 m/h Ω 塔截面积 m

三、实验装置

3.1装置流程示意图2

空气由空气压缩机（10）经稳压过滤器（9）缓冲罐（8）转子流量计（F）进入混合器（7）。氨气由液氨钢瓶经减压阀，转子流量计（F）进入混合器与空气混合。由填料吸收塔（4）底部进入吸收塔。气体在塔中上升，氨被吸收，尾气经管道排出室外。自来水经水槽（1）由水泵送入转子流量计（F）进入填料吸收塔塔顶，经喷头洒在填料表面，与混合气接触而吸收气体中的氨，所得稀氨水经液封管（15）流入贮罐（11）。

3

水准瓶中和瓶水准瓶示高踪位剂瓶定量管定量管混合器U管压差计液封管计算机转子流量计转子流量计转子流量计转子流量计空气减压器玻璃电极精滤器空气过滤器空压机水储槽离心泵图2、填料塔性能及吸收实验装置

4

四、实验方法与步骤

1、测定干填料层（ΔP/Z）--u关系曲线

先全开调节阀,然后启动鼓风机，用阀调节进塔的空气流量，按空气流量从小到大的顺序读取填料层压降ΔP，转子流量计读数和流量计处空气温度，然后在对数坐标纸上以空塔气速u为横坐标，以单位高度的压降ΔP/Z为纵坐标，标绘干填料层（ΔP/Z）--u关系曲线。

2、填料流体力学测定操作

本项操作不要开动氨气系统，仅用水对空气进行操作便可。 (1）开动供水系统。

(2）开动空气系统。开动时要全开风机的旁通阀，然后再启动风机，否则风机一开动，系统内气速突然上升可能碰坏空气转子流量计。风机启动后再通过关小旁通阀的方法调节空气流量。

同样道理，实验完毕要停机时，也要全开旁通阀，等转子转速降下来后再停机。如果突然停机，气流突然停止，转子就会猛然摔下，打坏流量计。

(3)一般总是慢慢加大气速至液泛，然后回复到预定气速再进行正式测定，目的是使填料全面润湿一次。

(4)正式测定时固定某一喷淋量（水喷淋量为40L/h），用阀调节进塔的空气流量，按空气流量从小到大的顺序读取填料层压降ΔP，转子流量计读数和流量计处空气温度，测定某一气速下填料的压降并注意观察塔内的操作现象，一旦看到液泛现象时记录下对应的空气流量。在对数坐标纸上以空塔气速u为横坐标，以单位高度的压降ΔP/Z为纵坐标，标绘出喷淋量为40L/h下（ΔP/Z）--u关系曲线，确定液泛气速并与观察的液泛气速相比较。按实验记录表格记录数据。

3、 传质系数测定的操作

（1）开大进水阀门，使填料充分润湿。然后固定水流量为某一固定值，并保持不变。 （2）选择某一空气流量，然后根据空气流量再调节氨气流量，使Y1=0.02～0.03氨气流量确定后，缓缓打开氨瓶出口总阀，此时氨减压阀高压端的压

氨流量 m3/h力表有读数。再缓缓Y?打开氨减压阀，此时氨减压阀低压端的压力

3空气流量 m/h（即0.3Kg/cm2），检查有无漏氨，如有氨表读数为≤0.03MPa

味，用肥皂水检查漏气点，采取措施防止泄漏。正常后，打开氨转子流量至确定值。保持各操作条件（如氨流量、空气流量、水流量、水温、△P等），稳定不变约10分钟即可测取尾气Y2的浓度。

（3）尾气Y2浓度的测取：

先在吸收瓶中放入稀盐酸0.01N（经过标定）5毫升，加1～2滴甲基橙指示剂。将其中一个水准瓶下移至瓶架中，打开相应三通旋塞，使尾气经吸收瓶慢慢鼓泡，三通旋塞的开度不宜过大，否则会使反应不完全。当时气管体积接近500ml时，此时如果指示剂的颜色没改变，应读出量气管的实际体积，然后将此下口瓶上举到上瓶架，旋动三通旋塞，使其一边通大气，另一边与系统关闭。使量气管内重新充满水，将另一水准瓶下移至瓶架中，重复以上操作。两个量气管交替应用，至吸收瓶内颜色刚好改变时，记取量气管总体积。

从尾气通过吸收瓶起，就必须观察吸收瓶内液体的颜色变化。当中和反应达到终点时，即颜色由红变至橙时，应立即关闭二通旋塞。同时用150ml三角瓶，取塔底吸收液一瓶，并加盖，待分析。

尾气浓度Y2的计算方法。

Y2?

nNH3NHCl?VHCl?n空气[V进气管?ToP]/22.4TPo 5

本文来源：https://www.bwwdw.com/article/yw7t.html