填料塔吸收(氨-水)实验讲义

1、填料吸收塔实验讲义一、 实验目的：1 了解填料吸收塔的结构和流体力学性能；2 学习填料吸收塔传质能力和传质效率的测定方法；二、 实验内容：1 测定填料层压降与操作气速的关系，确定填料塔在某液体喷淋量下的液泛气速；2 固定液相流量和入塔混合气氨的浓度，在液泛速度以下取两个相差较大的气相流量，分别测量塔的传质能力（传质单元数和回收率）和传质效率（传质单元高度和体积吸收总系数）；三、 实验原理1 填料塔流体力学特性压强降决定了塔的动力消耗，是塔设计的重要参数。压强降与气液流量有关，不同喷淋量下填料层的压强降 Dp 与气速 u 的关系如下图所示：在双对数坐标系中，无液体喷淋即喷淋量 L 0 = 0 时

2、，干填料的 Dp u 是一条斜率为 1.82的直线（图中 aa 线）。当有一定的喷淋量时， Dp u 的关系变成折线，并存在两个转折点，在低气速下（C 点以前）压降正比于气速的 1.82 次幂，但大于同一气速下干填料的压降（图中 bc 段）。气速增加，出现载点（图中 c 点），持液量开始增大，Dp u 向上弯曲，斜率变大，（图中 cd 段）。到液泛点（图中 d 点）后，在几乎不变的气速下，压降急剧上升。这两个转折点将 Dp u 分为三个区段：恒持液量区、载液区与泛液区。2 传质性能吸收系数是决定吸收过程速率高低的重要参数，实验测定是获取吸收系数的根本途径。对于相同的物系及一定的设备（填料类型与

3、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。本实验是用水吸收空气-氨混合气体中的氨，混合气体中氨的浓度很低，吸收所得的溶液浓度也不高，可认为气-液平衡关系服从亨利定律，方程式 Y* = mX ，又因是常压操作，相平衡常数 m 值仅是温度的函数。故可用对数平均浓度差法计算填料层传质平均推动力，相应的传质速率方程式为：GA = KY a · V p · DYm所以其中ln 1式中GA单位时间内氨的吸收量kmol/h；KYa总体积传质系数kmol/m3·h；Vp填料层体积m3；东Ym气相对数平均浓度差；kmol ( A )；kmol(B)Ye1与出塔液体相

4、平衡的气相摩尔比；kmol ( A )；kmol(B)Ye2与进塔液体相平衡的气相摩尔比。3 计算公式1) 亨利系数E = 7.92857 *10-4 * t 2 + 7.511905 *10-2 * t + 0 . 3 2 5 4 1 6 7KY a = GA /(V p · DYm )DYm =(Y1 - Ye1 ) - (Y2 - Ye 2 )Y - Ye1Y2 - Ye 2Y1气体进塔时的摩尔比，Y2气体出塔时的摩尔比，2)总体积传质系数 KYa、气相总传质单元高度 HOGKYa = G A / V p · DYma、标准状态下的空气流量 V0：· m3/

5、hP0 T1 · T2式中：V1空气转子流量计示值 m3/hT0、P0标准状态下的空气的温度和压强T1、P1标定状态下的空气的温度和压强T2、P2使用状态下的空气的温度和压强b、标准状态下的氨气流量 V02式中：V1氨气转子流量计示值 m3 / h01标准状态下氨气的密度 1.293 kg / m302标定状态下氨气的密度 0.781 kg / m3如果氨气中纯氨为 98%，则纯氨在标准状态下的流量 V0为：V0=0.98*V0c、惰性气体的摩尔流量 G：G=V0 / 22.4d、单位时间氨的吸收量 GA：GA=G*(Y1-Y2)e、进气浓度 Y1：n1n2f、尾气浓度 Y2：2 *

6、 N s *VsTT式中：V0 = V1 ·T0 P · P2T0 r01 · Pm /hV0 ' = V1 '· ·P r02 · T1 · T2Y1 =Y2 =V * 0 / 22.4Ns加入分析盒中的硫酸当量浓度 NVs加入分析盒中的硫酸溶液体积 mlV湿式气体流量计所测得的空气体积 mlT0标准状态下的空气温度 KT空气流经湿式气体流量计时的温度 Kg、对数平均浓度差 (DY ) m ：(Y - Ye )1 - (Y - Ye ) 2lnYe2=0Ye1 = m * X1P=大气压+塔顶表压+（填料层

7、压差）/2m=E / PX1 = G A / LS式中：E亨利常数Ls单位时间喷淋水量 kmol / hP系统总压强h、气相总传质单元高度：H OG = G' / KY a式中：G混合体气通过塔截面的摩尔流速i、吸收率*100%Y1四、 实验装置与流程填料塔设备参数：基本数据：塔径 0.10m，填料层高 0.49m填料参数：10×10×1.5mm瓷拉西环，a1440m-1，0.7，a1/31280m-1(干)，(DY ) m =(Y - Ye )1(Y - Ye ) 2Y1 - Y2湿填料因子 1500 m-1尾气分析所用硫酸体积：10ml，浓度：0.00631N真

8、吸收实验设备流程图如图所示。空气由漩涡气泵供给，氨气由氨气瓶供给，通过风机旁路阀 VA103 调节空气流量，孔板压差计测量空气压差降，氨气和空气混合后一起进入填料塔。水经调节阀进入填料塔。经填料塔吸收，水吸收混合气中的大量氨气从塔底排出，空气和剩余少量氨气从塔顶作为尾气排出。为测量填料层压强降，装有表压计。东 方东利 用 酸 碱 中 和 分 析 尾 气 中 氨 的 含 量 。 在 吸 收 瓶 中 装 入 10ml 硫 酸 ， 当 量 浓 度 为0.00631mol/L，并滴入 12 滴甲基橙作为指示剂；当指示剂由红色变为黄色时，记录湿式流量计的体积数。五、 实验步骤1 参数设置点击“参数设置”

9、功能钮，进入参数设置页面； 点击“填料塔径”和“填料高度”中的绿色数字，既可以改变塔径和塔高设置； 点击“填料类型”，旁边图片会相应的显示填料类型； 点击“填料参数记录”按钮记录填料参数； 参数设置完成后即可进行实验操作，默认情况下，填料类型为：填料塔径 0.10 m填料高度 0.49 m填料类型 10*10*1.5 陶瓷拉西环2 测量干塔压降数据 在“实验装置图”中打开风机旁路阀 VA103，开度为 100； 在“仪表面板”中，启动漩涡气泵电源开关，提供空气供给； 在“仪表面板”中，观察“空气温度”、“空气流量”、“孔板压差”、“填料压降”等数据； 待实验数据稳定后，在“实验数据 1”中点击

10、“流体力学数据记录”按钮，记录当前状态下的实验数据； 在“实验装置图”中逐渐减小风机旁路阀 VA103 开度，增大空气流量； 重复、步骤，至少测量 6 组数据； 点击“实验报表”功能钮即可察看实验报告；3 测量湿塔压降数据 干塔压降测量完毕后，增加阀门 VA103 开度至 100，减少空气流量。因为在湿塔状态下，若空气流量过大，会引起强烈液泛，可能损坏填料。 在“实验装置图”中，打开液体流量调节阀 VA104，在整个湿塔压降测量过程中液体流量不变。 待“仪表面板”中“水流量”保持稳定后，观测“空气温度”、“空气流量”、“孔板压差”、“填料压降”等数据；待实验数据稳定后，在“实验数据 1”中点击

11、“流体力学数据记录”按钮，记录当前状态下的实验数据； 逐渐减小旁通阀开度，增加空气流量，读取并记录填料塔压降，重复、步骤，同时注意塔内气液接触情况。液泛后填料层的压降在气速增加很小的情况下明显上升，此时再取 12个点就可以了，不要使气速过分超过泛点。 点击“实验报表”功能钮即可察看实验报告；注意：本实验是在一定的喷淋量下测量塔的压降，所以水的流量应保持不变。在实验过程中不要改变水流量调解阀的开度。4 传质系数的测定建议实验条件：水流量：100 L/H； 空气流量：16.6 M3/H； 氨气流量：0.35 M3/H实验建议条件不一定非要采用，但要注意气量和水量不要太大，氨气浓度不要过高，否则一起

12、数据严重偏离。 在“实验装置图”中，打开漩涡风机旁路阀 VA103，开度为 60 左右； 在“仪表面板”中，打开漩涡风机开关； 在“实验装置图”中，打开液体流量调节阀 VA104，开度为 100，在整个湿塔压降测量过程中液体流量不变。 在“实验装置图”中，打开氨瓶总开关； 在“实验装置图”中，打开氨气流量调节阀 VA102，开度为 25 左右，读取氨气温度、流量； 在“实验装置图”中点击“去尾气分析图”按钮，进入尾气分析实验装置图，打开考克开关，当吸收盒内的指示剂变色，关闭考克，记录湿式流量计转过的体积和气体的温度。 在“实验数据 2”中点击“传质性能记录”按钮记录传质实验数据；六、 注意事项

13、1. 开启氨瓶总阀前，要先关闭氨自动减压阀和氨流量调解阀，开启时开度不宜过大；2. 做传质实验时，水流量不能超过规定范围，否则尾气的氨浓度极低，给尾气分析带来麻烦。七、 实验报告1 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；2 将 Dp u 的关系在双对数坐标上绘制出来，确定载点和泛点；3 参照二氧化碳吸收实验，对实验结果进行分析、比较， 对两次实验的 Y2 和 j A 进行比较、讨论； 对两次实验的 K y a 值进行比较、讨论； 对物料衡算的结果进行分析、讨论。八、 思考题1. 下列关于体积传质系数与液泛程度的关系正确的是：a、液泛越厉害，Kya 越小b、液泛越厉害，Kya

14、越大c、Kya 随液泛程度先增加后减少d、Kya 随液泛程度无变化答案：c2. 关于亨利定律与拉乌尔定律计算应用正确的是：a、吸收计算应用亨利定律b、吸收计算应用拉乌尔定律c、精馏计算应用亨利定律d、精馏计算应用拉乌尔定律答案：a、d3. 关于填料塔压降p 与气速 u 和喷淋量 l 的关系正确的是：a、u 越大，p 越大b、u 越大，p 越小c、l 越大，p 越大d、l 越大，p 越小答案：a、c4.判断下列诸命题是否正确？a、喷淋密度是指通过填料层的液体量b、喷淋密度是指单位时间通过填料层的液体量c、喷淋密度是指单位时间通过单位面积填料层的液体体积答案：b5. 干填料及湿填料压降-气速曲线的

15、特征：a、对干填料 u 增大P/Z 增大b、对干填料 u 增大P/Z 不变c、对湿填料 u 增大方P/Z 增大d、载点以后泛点以前 u 增大仿P/Z 不变e、泛点以后 u 增大P/Z 增大答案：a、c、e6. 测定压降-气速曲线的意义在于：a、确定填料塔的直径b、确定填料塔的高度c、确定填料层高度d、选择适当的风机答案：a、d7. 测定传质系数 kya 的意义在于：a、确定填料塔的直径b、计算填料塔的高度c、确定填料层高度d、选择适当的风机答案：b、c8. 为测取压降-气速曲线需测下列哪组数据？a、测流速、压降和大气压b、测水流量、空气流量、水温和空气温度c、测塔压降、空气转子流量计读数、空气温度、空气压力和大气压答案：c9. 传质单元数的物理意义为：a、反映了物系分离的难易程序b、它仅反映设备效能的好坏（高低）c、它反映相平衡关系和进出口浓度状况答案：a、c10. HOG 的物理意义为：a、反映了物系分离的难易程序b、它仅反映设备效能的好坏（高低）c、它反映相平衡关系和进出口浓度状况答案：b11. 温度和压力对吸收的影响为：a、T 增大 P 减小，Y2 增大 X1 减小b、