实验七填料塔吸收实验

1、实验七 填料吸收塔的操作和吸收系数的测定一、实验目的1. 了解填料吸收塔的结构、填料特性及吸收装置的根本流程。2. 熟悉填料塔的流体力学性能。3 .掌握总传质系数 KYa测定方法。4.了解空塔气速和液体喷淋密度对传质系数的影响。二、实验内容1测定干填料及不同液体喷淋密度下填料的阻力降P 与空塔气速 u 的关系曲线，并确定液泛气速。氨混和气体中氨的体积吸2测量固定液体喷淋量下，不同气体流量时，用水吸收空气 收系数 KYa。三、根本原理1填料塔流体力学特性填料塔是一种重要的气液传质设备， 其主体为圆柱形的塔体， 底部有一块带孔的支撑 板来支承填料，并允许气液顺利通过。支撑板上的填料有整堆和乱堆两种

2、方式，填料分为 实体填料和网体填料两大类，如拉西环、鲍尔环、网环都属于实体填料。填料层上方有液体分布装置，可以使液体均匀喷洒在填料上。液体在填料中有倾向于塔壁的流动，故当 填料层较高时，常将其分段，段与段之间设置液体再分布器，以利液体的重新分布。吸收塔中填料的作用主要是增加气液两相的接触面积，而气体在通过填料层时,由于克服摩擦阻力和局部阻力而导致了压强降 P 的产生。填料塔的流体力学特性是吸收设备 的主要参数 ,它包括压强降和液泛规律。了解填料塔的流体力学特性是为了计算填料塔所需动力消耗， 确定填料塔适宜操作范围以及选择适宜的气液负荷。 填料塔的流体力学特性 的测定主要是确定适宜操作气速。在填

3、料塔中 ,当气体自下而上通过干填料 L=0 时,与气体通过其它固体颗粒床层一样,气压降 P与空塔气速u的关系可用式 P=u表示。在双对数坐标系中为一条直线，斜率为。在有液体喷淋 L 0时,气体通过床层的压降除与气速和填料有关外,还取决于喷淋密度等因素。在一定的喷淋密度下 ，当气速小时 ，阻力与空塔速度仍然遵守P u 这一关系。但在同样的空塔速度下，由于填料外表有液膜存在，填料中的空隙减小 ，填料空隙中的实际速度增大 ，因此床层阻力降比无喷淋时的值高。当气速增加到某一值时，由于上升气流与下降液体间的摩擦阻力增大 ，开始阻碍液体的顺利下流 ，以致于填料层内的气液量随气速的增加而 增加 ，此现象称为

4、拦液现象 ，此点为载点，开始拦液时的空塔气速称为载点气速。进入载液 区后 ，当空塔气速再进一步增大 ，那么填料层内拦液量不断增高 ，到达某一气速时 ，气、液间的摩 擦力完全阻止液体向下流动，填料层的压力将急剧升高，在P un关系式中,n的数值可达10 左右，此点称为泛点。在不同的喷淋密度下，在双对数坐标中可得到一系列这样的折线。随着喷淋密度的增加 ，填料层的载点气速和泛点气速下降。， 逐步增大气速，记录填料层的压本实验以水和空气为工作介质，在一定喷淋密度下降与塔顶表压的大小，直到发生液泛为止。2 体积吸收系数 K Ya的测定在吸收操作中，气体混合物和吸收剂分别从塔底和塔顶进入塔内，气液两相在塔

5、内逆流接触,使气体混合物中的溶质溶解在吸收质中，于是塔顶主要为惰性组分，塔底为溶质与吸收剂的混合液。反映吸收性能的主要参数是吸收系数，影响吸收系数的因素很多，其中有气体的流速、液体的喷淋密度、温度、填料的自由体积、比外表积以及气液两相的物 理化学性质等。吸收系数不可能有一个通用的计算式，工程上常对同类型的生产设备或中间试验设备进行吸收系数的实验测定。对于相同的物料系统和一定的设备填料类型与尺寸，吸收系数将随着操作条件及气液接触状况的不同而变化。本实验用水吸收空气-氨混合气体中的氨气。氨气为易溶气体，操作属于气膜控制。在其他条件不变的情况下，随着空塔气速增加，吸收系数相应增大。当空塔气速到达某一

6、值 时，将会出现液泛现象，此时塔的正常操作被破坏。所以适宜的空塔气速应控制在液泛速度 之下。本实验所用的混和气中氨气的浓度很底10%，吸收所得溶液浓度也不高 ，气液两相的平关系可以被认为服从亨利定律，相应的吸收速率方程式为：Ga=KyN Vp Ym7 1式中Ga-单位时间在塔内吸收的组分量，kmol吸收质/h;KYa气相总体积吸收系数，kmol吸收质/m3填料 h；Vp-填料层体积，m3;Ym-一塔顶、塔底气相浓度差Y Y*的对数平均值，kmol吸收质/kmol惰性气体。1填料层体积VpVp= n Dt2 Z/47 2式中Dt塔内经，m;z填料层高度，m。2Ga由吸收塔的物料衡算求得Ga=VY

7、i 丫27 3式中V 空气流量，kmol/h ;Y1 塔底气相浓度，kmolNH 3/kmol空气；丫2塔顶气相浓度，kmolNH 3/kmol空气。3标准状态卜空气的体积流量Vo空VoV空0PoP1 P2T1T27 4式中Vo空标准状态卜空气的体积流量，m3/h;V空-转子流量计的指示值，m3/h;To、Po标准状态下空气的温度和压强，273K、101.33kPa;T1、P1 标定状态下空气的温度和压强，293K、101.33kPa;4式中5式中式中T2、P2操作状态下温度和压强,标准状态下氨气的体积流量V 0NH3K、 kPa。V0nh3Vnh3 屯0 空33 P0；0NH3P2 P1T2

8、 T17 5V0NH3转子流量计的指示值，m3/h;T。、P0-标准状态下空气的温度和压强，273K、101.33kPa;T1、P1-标定状态下空气的温度和压强，293K、101.33kPa;T2、P2-操作状态下温度和压强，K、 kPa；0空-标准状态下空气的密度，30NH3标准状态下氨气的密度，3。塔底气相浓度 Yi和塔顶气相浓度 Y2V0 空nNH3YV0NH3n空7 6NH3的摩尔数；n空一一空气的摩尔数用一定浓度，一定体积的硫酸溶液分析待测气体，有nNH3=2 x M H2SO4 X VH2SO4X 10M H2SO4硫酸的摩尔浓度，mol/l ；硫酸溶液体积，ml。nNH377VH

9、2SO4Ton 空(V 空匹)/22.4p0 T27 8V空气-锻式气体流量计测出的空气体积， 标准状态下的温度和压强， 标准状态下一摩尔气体所占有的体积,Y2=nNH3/n 空 同样塔顶气相浓度 丫2也可通过取样分析来获得。6平衡关系式中式中T 0、Po22.4 L ；273K、101.33kPa;79相平衡常数;mX丫1(1 m)X7 10m=E/P7 11E亨利系数，由表7-1中低浓度5%以下氨水的亨利系数与温度的关 系数据，用内插的方法获得，Pa。X 溶液浓度，kmol吸收质/kmol水；P塔内混合气体总压，Pa绝压。P=大气压Pa+塔顶表压+填料层压降12 712表7-1低浓度5%以

10、下氨水的亨利系数与温度关系数据温度 c01020253040亨利系数E x 10-5,Pa7塔底液相浓度 Xi，塔顶液相浓度 Xi当吸收剂为纯水时，塔顶X2=0,而Xi VLYi 丫27 13式中V 空气流量，kmol/h ；L 液体喷淋量，kmol/h ；丫1、丫2塔底、塔顶气相浓度,kmolNH 3/kmol 空气;Xi、X2塔底、塔顶液相浓度,kmol/kmol 水。7 147 15因Ga=V 丫1-丫2，故Xi=Ga/LL=V水水/M水式中V水水的体积流量，m3/m;水水的密度，kg/m3;M水水的平均分子量，18kg/kmol。8气相平均浓度差 Ym*、，丫1丫1丫2*丫2Ym*丫1

11、*丫2丫2716式中Y1*与X1相平衡的气相浓度，*丫1 =kmolNH 3/kmol 空气；*丫2与X2相平衡的气相浓度，*丫2 =kmolNH 3/kmol 空气。差计 (单管压差计、 U 型管压差计 )及气体分析系统构成。空气由气泵送出，由放空阀及空 气流量调节阀配合调节流量后，经过转子流量计记录流量的大小，并与氨气混合，由塔底 自下而上通过填料层。混合气在塔中经水吸收其中的氨后，尾气从塔顶排出。出口处装有 尾气调节阀，用以维持塔顶具有一定的表压，以此作为尾气通过尾气分析装置的推动力。氨气由液氨钢瓶供给，经氨气减压阀、流量调节阀后，经氨转子流量计记录流量的大 小，之后进入空气管道，与空气

12、混合形成混合气体从塔底入塔。水由泵房进入系统，经流 量计记录流量后，在塔顶由液体分布器喷出，在吸收塔中与混合气体逆流接触，吸收其中 的溶质，吸收液由塔底排出流入地沟。为了测量塔内压力和填料层压强降，装有塔顶表压 计和填料层压差计。2主要设备及尺寸(1) 填料塔有机玻璃塔内径： D=120mm填料层高度：Z=800mm900mm填料：不锈钢 网环及陶瓷拉西环。规格：8， 10， 15。(2) DC 4 型微音气泵一台。LZB40气体流量计，流量范围060m3/h，数量一个；LZB15气体流量计，流量范围 03/h,数量一个；LZB15液体流量计，流量范围 0160L/h，数量一个。(4) LML

13、 2型湿式气体流量计，容量5L,数量一台。(5) 水银温度计，规格 0100 C,数量三只。五、实验步骤1 流体力学特性实验(1) 熟悉实验装置及流程，弄清各局部的作用，并记录各压差计的零位读数。(2) 检查气路系统。 开风机之前必须全开放空阀， 以免风机烧坏。 检查转子流量计阀门是否 关闭，以免风机开动转子突然上升将流量计管打破。(3) 启动风机， 首先测定干填料阻力降与空塔气速的大小。 注意不要开水泵， 以免淋湿干填料。由气泵送气，经放空阀、流量调节阀配合调节流量从小到大变化，测量8 9 组数据 ,记录每次流量下的塔顶表压、填料层压降、流量大小、计前表压、温度等参数。(4) 开动供水系统，

14、慢慢调节流量接近液泛，使填料完全润湿后再降到预定气速进行实验。(5) 测定湿填料压降， 固定两个不同的液体喷淋量分别进行测定。 每固定一个喷淋量， 调节 空气流量，从小到大测量 8 9 组数据。并随时观察塔内的操作现象，记下发生液泛时的 气体流量。发生液泛之后，再继续增加空气量，测取 2 组数据。2体积吸收系数 KYa 的测定(1) 在流体力学特性测试实验的根底上，维持一个液体喷淋量。(2) 确定操作条件， 包括空气流量、 氨气流量， 准备好气体浓度分析装置及其所用试剂， 一 切准备就绪后开动氨气系统。(3) 启动氨气系统。 首先将液氨钢瓶上的自动减压阀的顶针松开 ( 左旋为松开， 右旋为拧紧

15、 )， 使自动减压阀处于关闭状态。 然后翻开氨气瓶阀， 此时减压阀压力表显示瓶内压力的大小。 然后略旋紧减压阀的顶针，用转子流量计调节氨流量至预定值。当空气、氨、水的流量计读数稳定后(约23分钟)，记录各流量计的读数、温度及各压差计的读数，并分析进塔和出塔气体浓度。(5) 气体浓度分析方法：用硫酸吸收气体中的氨，反响方程如下2NH3+H2SO4+2H2O=(NH 4)2SO4+2H2O 酸碱中和到达等当点时加有甲基橙指示剂的溶液变黄。A 进气浓度。I 迅速翻开进气管路中的考克，让混合气通过吸收盒，再立即关闭此考 克，以使待测气体的管路全部充满此气体。H.取高浓度硫酸液23ml放入分析瓶，用适当的蒸馏水冲洗瓶壁，再参加12滴甲基橙指示剂。川翻开进气管路中的考克，让气体流经分析瓶，吸收后的空气由湿式气体流量计来