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吸收系数的测定

一、实训目的
1、 了解填料吸收装置的基本流程及设备结构；
2、 掌握吸收系数的测定方法；
3、 了解空塔气速和喷淋密度对总吸收系数的影响；
4、 了解气体空塔流速与压强降的关系。
二、基本原理
根据传质速率方程： 即；
所以； ,
通过实验分别测定和计算（单位时间吸收的组分量）、（气液两相接触面积）、（平均传质推动力）的值，便可代入上式计算得吸收系数的值。
1、 单位时间吸收的组分量G（Kmol/h）

上式中：V(惰性气体流量)用空气转子流量计来测定；Y1(进塔气体组成)可通过测定进塔时氨及空气流量来计算得到；Y2(出塔气体组成)采用化学法进行尾气分析测定和计算得到。
2、 气液两相接触面积F(m2)

上式中：V—填料的总体积(m3)
Z—填料层高度(m)
D—吸收塔的内径(m)
a—有效比表面积(m2/m3)

式中：at—干填料的比表面积(m2/m3)
η—填料的表面效率，可根据最小润湿分率查图表（参看教材）
最小润湿分率=
式中：填料的最小润湿分率=0.08m3/m2.h(规定的最少润湿率)
操作的润湿率=W/at(m3/m2.h)
式中：W—喷淋密度，每小时每平方米塔截面上的喷淋的液体量。

3、 平均传质推动力
本实验的吸收过程处于平衡线是直线的情况下，所以可用对数平均推动力法计算。

上式中：

P=大气压+塔顶表压+1/2塔内压差
液相浓度5%以下时亨利系数与温度的关系：
温度（oC）
0
10
20
25
30
40
E(atm)
0.239
0.502
0.778
0.947
1.250
1.938
本实验中：X1由公式计算，其中：X2=0
4、 转子流量计的计算公式：
1）实验中用的空气转子流量计是以20 oC,1atm的空气为介质来标定刻度的，如果工作介质不是该状态下的空气，可用下式来换算刻度指示值：

2）如果还需要将Q值换算成标准状态（0 oC,1atm）下的体积Q,则代入下式计算：
3）如果测定的是其它气体，而且是非20 oC,1atm状态空气下则代入下式计算：
4）如果还需要将Q值换算成标准状态下的值：

上式中：分别表示20 oC,1atm状态下标定气体和被测气体的密度。
5、尾气分析法计算Y2
以稀硫酸（0.02N）为指示液，酚酞为指示液，将经计量的尾气通入装有红色的吸收液（稀硫酸和酚酞）的吸收瓶中，吸收液和尾气中的氨反应当达到终点时，吸收液变为红色，立即关闭气体进口考克，记录尾气进入量，并根据硫酸的浓度先将湿式气体流量计口读得的空气流量换算成标准状态下的体积流量V0：
（V－空气流量读数）
氨的体积：
V=22.4VSNS (VS－硫酸溶液的体积ml;NS－硫酸溶液的当量浓度N毫克当量/毫升)
最后：
三、实训装置及流程
如图为吸收实训设备流程图。空气由风机1供给，阀2用于调节空气流量（放空法）。在气管中空气与氨混合入塔，经吸收后排出，出口处有尾气调压阀9，这个阀在不同的流量下能自动维持一定的尾气压力，作为尾气通过分析器的推动力。
水经总阀15进入水过滤减压器16，经调解器17及流量计18入塔。氨气由氨瓶23供给，开启氨瓶阀24，氨气即进入自动减压阀25中，这法能自动将输出氨气压力稳定在范围内，氨压力表26指示氨瓶内部压力，而氨压力表27则指示减压后的压力。为了确保安全，缓冲罐上还装有安全阀29，以保证进入实验系统的氨压不超过安全允许规定值（1.2kg/m2）,安全阀的排出口用塑料管引到室外。
为了测量塔内压力和填料层压力降，装有表压计20和压差计19。此外，还有大气压力计测量大气压力。

1—风机 2—空气调节阀 3—油分离器 4—空气流量计
5—填料塔 6—栅板 7—排液管 8—莲蓬头
9—尾气调节阀 10—尾气取样管 11—稳压瓶 12—旋塞
13—吸收盒 14—湿式气体流量计 15—总阀 16—水过滤减压阀
17—水调节阀 18—水流量计 19—压差计 20—塔顶表压计
21—表压计 22—温度计 23—氨瓶 24—氨瓶阀
25—氨自动减压阀 26—氨压力表 27—氨压力表 28—缓冲罐
29—膜式安全阀 30—转子流量计 31—表压计 32—空气进口阀
四、实训步骤
1、填料塔流体力学测定操作
1）这项操作不要开动氨气系统，仅用水对空气进行操作即可。
2）可以先开动供水系统。开动供水系统中的滤水器时，要注意首先打开出口端阀门才慢慢打开进水阀，如果在出口端阀门关闭的情况下开进水阀，滤水器就可能超压。
3）开动空气系统。开动时要首先全开叶氏分机的旁通阀，然后再启动叶氏风机，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。风机启动后再用关小旁路阀的办法调节空气流量。
同样道理，实验完毕要停机时，也要全开旁通阀，待转子降下来以后在停机，如果突然停机，气流突然停止，转子就会猛然掉下，打坏流量计。
4）一般总是慢慢加大气速到接近液泛，测定每一间隔气速下的填料压降。
5）正式测定是固定某一喷淋量，测定每一间隔下的填料压降。
2、传质系数的测定：
1）事先确定好操作条件（如氮气流量、空气流量、喷淋量），准备好尾气分析气，开动水系统和空气系统，一切准备就绪后再开动氨气系统。实验完毕随即关闭氨气系统，以尽可能节约氨气。水系统和空气系统的开动和关闭方法同上。
2）氨气系统的开动方法：事先要弄清楚氨气自动减压阀的构造。开动时首先将自动减压阀的弹簧放松，使自动减压阀处于关闭状态，然后打开氨瓶瓶顶阀，此时自动减压阀的高压压力表应有示值。下一步先关好氨气转子流量计前的调节阀，；再缓缓压紧减压阀的弹簧，使阀门打开，同时注视低压氨气压力表的示值达到0.5到0.8公斤/厘米2时即可停止。
然后用转子流量计前的调节阀调节氨气流量，便可正常使用。关闭氨气系统的步骤和开动步骤相反。
3）尾气分析器的操作：
尾气分析仪用取样管3、吸收管8、湿式气体流量计等组成，在吸收管中装入一定浓度一定体积的稀硫酸作为吸收液并加入指示剂（甲基红），当被分析的尾气样品通过吸收管后，尾气中的氨被硫酸吸收，其余部分（空气）由湿式气体流量计计量。由于加入的硫酸数量和浓度是已知量，所以被吸收的氨量便可计算出来。湿式气体流量计所计量的空气量可以反映出尾气浓度，空气量越大表示浓度越低。
分析操作开始时先纪录湿式气体流量计的初始值，然后开启阀5让尾气通过取样管并观察吸收液的颜色（吸收管是透明的，可以看清吸收液的颜色），当吸收液刚改变颜色（由红变黄）时，表示吸收到达终点，应立即关闭阀门5，读取湿式气体流量计终示值。操作是要注意控制阀5的开度，使尾气成单个气泡连续不断进入吸收管，如果开度过大，气泡成大气团通过则吸收不完全，开度过小，则拖延分析时间。
尾气浓度计算参看基本原理。
附：数据整理过程示例：
（一、）、求空气流量：
Q=19m3/h TO=273K PO=760mmHg
P1=760mmHg P2=720+24.7=744.7mmHg
T1=273+20=293K T2=273+16=289K

(二)、求氨气流量：
Q=0.762m3/h TO=273K T1=293K
T2=289K PO=760mmHg P1=760mmHg
P2=720+13.2=733.2mmHg

因为是98%的氨，故纯氨的量为0.903*0.98=0.885标准m3/h
(三)、计算Y1

(四)、计算Y2

(五)、计算G

=0.0388kmol/h
(六)、计算：
D=0.11m aT=403m2/m3 z=0.815m

操作润湿率=w/a=6.317/403=0.0157(m2/h)
最小润湿率=0.157/0.08=0.196
查教材上填料得表面效率和最小润湿率关系图得：

15OC时：

（七）、求KY：

五、数据记录与结果处理
吸收系数的测定
混合气组成：氨、空气 吸收剂：水
填料：
名称：拉西环 规格：12*13*1.5mm 个数：3750个
比表面积： m2/m3 堆积形式：乱堆
填料层高度：815mm 吸收塔内径：110mm
数据纪录表：
序号
项目
例
1
2
3
4
空气
流量计示值m3/h
19.0

计前表压mmHg
24.7

温度OC
16.0

氨气

0.762

计前表压mmHg
13.2

温度OC
16

水
计量计示值m3/h
60×10-3

温度OC
15.0

尾气
流量计示值m3/h
1.21

硫酸体积ml
1

硫酸浓度（N）
0.04391

温度OC
15.0

压强
大气压（mmHg）
720

塔顶表压(cmH2O)
12.0

塔内压强(cmH2O)
4.3

吸收组分量G（kmol/h）

0.0388

喷淋密度W(m3/m2.h)

6.317

填料表面效率

0.41

接触面积F(m2)

1.279

Y1

0.0502

Y2

0.000908

Ym

0.01081

Ky(kmol/m2.h)

2.806

六、思考题
1、综合班上几组的数据来看，你认为以水吸收空气中的氨气过程，是气膜控制还是液膜控制？为什么？
2、要提高氨水浓度有什么办法（不改变进气浓度）？这时又会带来什么问题？
3、气体流速与压强降关系中有无明显的折点？意味着什么？
4、当气体温度与吸收剂温度不同时，应按那种温度计算亨利系数？
5、试分析旁路调节的重要性。
6、试比较精馏装置与吸收装置异同。