填料吸收综合实验(改编).doc

填料吸收塔试验
一、 实验目的
1. 了解填料塔的流体力学性能；
2. 学习填料吸收塔传质单元高度HOL、体积吸收系数KXa和回收率的测定方法。
二、 实验内容
1. 观察流体在填料吸收塔中的操作状态，测定△P/Z~u关系曲线并确定液泛气速。
2. 测定填料吸收塔的传质单元高度及体积吸收系数。测定液膜传质系数随液体喷淋量的关系。
三、 实验原理
吸收塔的液泛气速数据在塔的设计和操作中起着非常重要的作用，所以本实验通过测定△P/Z~u关系曲线和观察实验现象两种方法来确定“液泛气速”。
吸收系数是决定吸收速率高低的重要参数，获得吸收系数绝大多数的方法是采用实验的方法。对于相同的物料系统和一定的设备（填料的类型和尺寸）。吸收系数将随着操作条件及气、液接触状况的不同而变化。
CO2是难溶于水的气体，故液膜阻力控制着整个吸收过程速率的大小。所以，在其它条件不变的前提下，随着液体喷淋量的增大，吸收系数也相应增大。
本实验所用气体混合物是CO2与空气混合物，用水做吸收剂。由于吸收液中CO2的浓度不高，可认为气—液平衡关系服从亨利定律，可用方程Y=mX表示；且因是常压操作，故相平衡常数m值仅是温度的函数。
CO2在水中的吸收属于液膜控制，根据总传质系数的计算公式，对于液膜控制的气体吸收，其液相总传质系数和液膜传质系数近似相等，即：

(1)
因此，通过测定液相总传质系数KX即可测定出液膜传质系数kX。根据填料层高度的计算式：
(2)
式中，NOL 、HOL分别可依下列公式进行计算：

(3)

其中，
(4)

(5)
式中：Z—填料层的高度，m；
HOL—液相总传质单元高度，m；
NOL —液相总传质单元数，无因次；
X1 , X2 —进、出口液体中溶质组分的摩尔比，；
DXm—所测填料层两端面上气相推动力的平均值；
m—相平衡常数，无因次；
KXa—液相总体积吸收系数，kmol /（m3 · h）；
L—水的摩尔流率，kmol（S）/ h；
Ω—填料塔截面积，m2；。
在稳定操作的状况下，测得填料塔进出口处气、液流量及浓度后，可根据物料恒算及平衡关系计算NOL，再根据设备的尺寸及填料层高度即可计算体积吸收系数Kxa。对于液膜控制的气体吸收，液膜传质系数只和液体喷淋量有关，通过实验检测液膜吸收系数随液体喷淋量的关系。
四、 实验装置
1. 实验流程图
14
图1填料吸收塔实验装置流程示意图
1-鼓风机; 2-空气流量调节阀; 3-空气转子流量计; 4-温度计; 5-液封管; 6-吸收液取样口; 7-填料吸收塔; 8- CO2瓶阀门; 9- CO2转子流量计; 10-CO2流量调节阀; 11-水转子流量计; 12-水流量调节阀; 13-U型管压差计; 14-CO2钢瓶

2. 实验流程介绍
空气由鼓风机1送入空气转子流量计3计量，空气通过流量计处的温度由温度计4测量，空气流量由放空阀2调节，CO2由CO2瓶送出，经过CO2瓶总阀8进入CO2转子流量计9计量，CO2通过转子流量计处温度由实验时大气温度代替，其流量由阀10调节，然后进入空气管道与空气混合后进入吸收塔7的底部，水由自来水管经水转子流量计11，水的流量由阀12调节，然后进入塔顶。
五、 实验方法
1. 测量干填料层（△P/Z～u）关系曲线
（1） 打开调节阀2，然后启动鼓风机；
（2） 用阀2调节进塔的空气流量；
（3） 按空气流量由小到大的顺序读取填料层压强降△P、转子流量计处空气温度及空气表压强；
（4） 根据读数，计算△P/Z、空塔气速u；
（5） 在对数坐标纸上以空塔气速u为横坐标，以△P/Z为纵坐标，绘制干填料层△P/Z～u关系曲线。
2. 测量某喷淋量下填料层△P/Z～u关系曲线并观察液泛现象
（1） 调节阀11，通过转子流量计调节水喷淋量为20L/h；
（2） 用阀2调节进塔的空气流量；
（3） 按空气流量由小到大的顺序读取填料层压强降△P、转子流量计处空气温度及空气表压强；
（4） 注意观察塔内的操作现象，一旦看到液泛现象时，记下对应的空气流量及读数，发生液泛后仍需缓慢增加气速，再测3组△P/Z～u数据；
（5） 在对数坐标纸上标出液体喷淋量为20L/h下△P/Z～u关系曲线，并由图确定液泛气速，将此数据与所观察的数据进行比较。
（6） 改变水喷淋量，重复上述步骤，测定不同喷淋量时△P/Z～u关系曲线，观察不同喷淋量下液泛发生时对应气体流量的变化趋势。
3. 测定传质吸收系数
（1） 调节水喷淋量为30L/h；
（2） 选择合适的CO2流量，并根据所选CO2流量计算为保证混合气体中CO2组分浓度为0.3（摩尔分率）所需空气流量；
（3） 用空气流量调节阀把空气流量调至规定值处，打开CO2瓶总阀（不要开得太大），用CO2减压阀调节CO2流量至预定值；
（4） 在严格控制空气、CO2及水流量固定不变的条件下，稳定操作一段时间（约20分钟）之后，开始取样测定浓度并记录实验数据（包括记录各流量计读数，空气温度，塔底排出液的温度以及空气表压强，并分析塔底吸收液的浓度）。在测之前要做好取样分析浓度的各种准备；
（5） 二氧化碳含量的测定
用移液管吸取0.05M的Ba(OH)2溶液10mL，放入具塞三角瓶中，并从塔底取样口处接收塔底溶液10mL，用胶塞塞好，并振荡。溶液中加入2～3滴酚酞指示剂，最后用0.1M的盐酸滴定到粉红色消失的瞬间为终点。记录所消耗的盐酸体积，按下式计算得出溶液中二氧化碳的浓度：

（6） 空气及CO2流量保持不变，加大或减小水喷淋量，重复以上操作，测定有关数据。
六、 实验注意事项
1. 开启CO2瓶总阀前，应关闭减压阀和CO2流量调节阀；
2. 实验时严格按照实验操作方法规定的步骤操作，以免发生事故；
3. 启动鼓风机前，务必先全开放空阀2；
4. 作分析时动作迅速，以免二氧化碳溢出。
5. 空气及CO2流量计需要按实际的温度、压强重新进行标定。
七、 实验数据表
表1 干填料时△P/z～u关系测定
填料层高度Z= 塔径D=
序号
填料层压强降
空气转子流量计读数m3/h
空气流量计处空气温度℃
空气表压强mmH2O
单位高度填料层压强降mmH2O/m
对应空气流量m3/h
空塔气速
m/s

mmH2O
1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

表2 湿填料时△P/z～u关系测定
序号
填料层压强降
mmH2O
空气转子流量计读数m3/h
空气流量计处空气温度℃
空气表压强mmH2O
单位高度填料层压强降mmH2O/m
对应空气流量m3/h
空塔气速m/s
操作现象

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

表3 填料吸收塔传质实验数据表
被吸收的气体混合物: 吸收剂: 填料种类:
填料尺寸: 填料层高度: 塔内径:
空气转子流量计读数,m3/h

空气转子流量计处空气温度,℃

流量计处空气的体积流量,m3/h

CO2转子流量计读数,m3/h

CO2转子流量计处温度,℃

流量计处CO2的体积流量,m3/h

水流量m3/h

Ba(OH)2的浓度,mol/l

加入Ba(OH)2的体积,ml

盐酸的浓度,mol/l

滴定消耗盐酸的体积,ｍl

滴定空白液用盐酸的体积,ｍl

样品的体积,ｍl

塔底液相的温度,℃

相平衡常数ｍ

塔底气相浓度,kmolCO2/kmol空气

塔顶气相浓度,kmolCO2/kmol空气

塔底液相浓度, kmolCO2/kmol水

气相总传质单元数,NOG

气相总传质单元高度, HOG ｍ

水的摩尔流量 L,kmol/h

液相总体积吸收系数KXa

八、 实验结果分析
⒈ 将实验数据整理在数据表中，并用其中一组数据写出计算过程。
⒉ 将Δp/Z～u的关系在双对数坐标纸上表示出来。从Δp/Z～u关系曲线中确定出液泛气速与实际观测的结果是否相符合？为什么？
⒊ 由实验结果得出在其他不变的情况下增大水的流量，NOL、HOL、KXa如何变化？与理论分析是否一致？为什么？
九、 附录
CO2—H2O系统平衡常数E与温度t之间的关系曲线
表3 二氧化碳在水中的亨利系数 E×10-5，kPa
气体
温度，℃
0
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
60
CO2
0.738
0.888
1.05
1.24
1.44
1.66
1.88
2.12
2.36
2.60
2.87
3.46