填料塔吸收过程实验

1、实验题目：填料塔吸收过程实验 1了解填料吸收塔的基本结构，熟悉吸收实验装置的基本流程，搞清楚每一个附属设备的作用和设计意图。明确吸收塔填料层压降 P与空塔气速 u在双对数坐标中的关系曲线及其意义，了解实际操作气速与泛点气速之间的关系。掌握测定含氨空气-水系统的体积吸收系数 Kya的方法。熟悉分析尾气浓度的方法。掌握气液体积转子流量计使用方法和安装要求，湿式流量计的使用方法和连接要求。观察在一定液体喷淋密度下，当气速增大到一定程度时产生的液泛现象，测得液泛气速，并根据液泛气速确定操作气速。根据实际测得的原始数据，在双对u的关系曲线。1、旋涡泵 2、空气转子流量计 3、四个 U形管差压计(13、1

2、4、15、16)、氨气钢瓶 4、氨气压力表 5、氨气减压阀 6、氨气稳压罐 7、氨气转子流量计 8、水转子流量计 9、吸收瓶 10、湿式流量计 11、三通旋塞 12、温度计 17、18、19。本实验物系为水空气-氨气。由旋涡气泵产生的空气与从液氮钢瓶经过减压阀后的氨气混合后进入填料塔底部。吸收剂水从塔顶喷淋而下，从塔底经液封装置排出。气液在填料层内接触、传质，经吸收后的尾气从塔顶排出。很少量的一小部分尾气通过三通阀引进洗气瓶，洗气瓶内装有已知浓度和一定体积量的稀硫酸，尾气与稀硫酸进行中和反应，经吸收后的尾气通入湿式流量计后放空。从湿式流量计可以测出此小部分尾气经过洗气瓶的空气体积量。四、实验原

3、理和方法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与空塔气速 u的关系如图 2所示。当无液体喷淋时， pu关系在双对数坐标中为一斜率在 1.82.0之间的直线，如图 2中 AB线。当液体喷淋密度达到一定值如 后，液体以液膜状流经填料表面， pu关系如图 2中 A1B1C1D1线所示，由两个转折点 、C1分为三个区段。其中第一区段 A1B1为恒持液区，在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pu关系线与 AB线平行，由于

4、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。当空塔气速增大至一定程度时，气体对液体的流动产生明显的牵制作用，随空塔气速增大，液膜增厚，出现填料层持液量增加的所谓拦液状态或称截液现象，此时的状态点称为载点或拦液点，即图 2中的 B1点。空塔气速大于载点气速后，填料层内的持液量随空塔气速增加而增大，在空塔气速增大与空隙率下降的双重作用下， pu关系线呈向上弯曲的形状，即图中的第二区段 B1C1。当气体速度继续增大，达到点 C1相当的值时，上升气流对液体所产生的曳力使得液体向下流动严重受阻，积聚的液体充满填料层空隙，气体只能以鼓泡的形式上升，致使填料层压降急剧上升， pu关系线变得非

5、常陡峭，如图 2中 C1D1区段。此现象称为液泛，C1点称为泛点。填料塔在液泛状态(C1D1区段下操作，气液相间的接触面积最大，传质效率最高，但操作最不稳定，因此实际操作气速应控制在既接近于液泛，但又不发生液泛时的气速。一般操作气速取液泛气速的 60%80%。2.填料层压降和空塔气速的测定塔内气体流速用空塔气速 u表示，其定义为气体体积流量与塔截面之比。即u=一一塔截面积，m2。流量计的标定条件为 t=293.15K，p0=101325Pa，气体转子流量计的标定介质为空气，液体转子流量计的标定介质为水。实验测量气体、液体体积时操作条件与标定条件不同，所以必须经过校正。当被测介质是气体，则其体积

6、流量校正式为：Q=QN0P0T0（4-3） =QNS0PT0S0一一被测气体在标定条件下的密度，kg/m3；一一指实际测量条件下被测气体的密度，kg/m3；P0一一标定条件的绝对压力，101325Pa；T0一一标定条件的绝对温度，293.15K；一一指实际测量条件下被测液体的密度，kg/m3；0一一标定条件下水的密度，kg/m3。根据实测的p与求得的空塔气速 u值，可在双对数坐标中作出关系曲线，即在图2中可以得到液泛气速，也就确定了实际气速操作的范围。3.体积吸收系数的测定由空气和氨气混合后进入塔底，液相清水由塔顶喷淋而下，系统总压 P一般取塔内的平均压力，根据塔顶压力和塔顶、底压差可以得出塔

7、内平均压力。p=p底+p顶 (4-5)实验中因塔底液相温度与塔内平均温度非常接近，所以 T取塔底液相温度。进塔混合气中溶质的摩尔组成小于 10%，属于低浓度气体吸收。在双膜理论的基础上，操作范围之内，塔内任一截面处的气液两相成平衡关系，气液相平衡关系为 ，此式中 m为相平衡常数，且 m=E。 P总体积传质吸收系数对于低浓气体吸收，传质系数可视为常数。对于塔内填料的类型与尺寸一定，单位体积填料的有效气液接触面积，主要取决于流体流动情况。因气、液流率几乎不变，全塔的流动状况相同，故传质系数在全塔可视为常数。总体积吸收系数反映了填料吸收传质性能的主要参数之一，也是设计填料塔的重要基础数据。对低浓气体

8、吸收，可近似取：yy（4-8a） 1+yxX=x （4-8b） 1+xnAir（4-10）因为出塔气体尾气还含有很少量的氨，是弱碱性的，所以可以通人浓度已标定，体积数一定的酸中进行中和反应，测出尾气中氨气的浓度。具体测定是，取浓度为 Ma(mol/L)的硫酸置于吸收瓶中，加 23滴指示剂例溴百里酚兰，少量的尾气通人洗气瓶内，硫酸吸收后再经湿式流量计放空，尾气一直通到中和反应的终点即指示剂由黄棕色变至黄绿色马上停止通气。按式(4-11)计算出Y2。Y2=nNH3nAir2MaVa 10-3 （4-11） =P0V0RT0P0、V0、T0一一尾气经洗气瓶吸收后，通过湿式流量计空气的压力、体积、温度

9、(K)；R一一气体常数。出塔液相组成 X1的确定也可以用酸碱中和滴点法测得方法略。总传质推动力的确定Y=Y-Y*-Y2(Y1-mX2)-(Y2-mX1) （4-13） =ln(Y1/Y2)ln(Y1-mX1)/(Y2-mX2)总体积传质吸收系数 kya的计算溶质被吸收的量 GA由物料衡算可求得，又式中 总体积传质吸收系数，kmol/m3h在仿真实验主界面中选择吸收实验，点击进入吸收过程实验界面，输入学号，回车，点击仿真操作，进入实验操作界面。首先点击开始实验按钮，双击吸收剂调节阔，得一阀门开度放大图，点、一符号，可增减阀门的开度，先增大水的流量，润湿塔内填料，随后调节水流量到一定值，例如取 ，

10、然后点击风机开关的绿色按钮，启动旋涡气泵，双击空气流量调节阀，慢慢增大风量，同时注意观察塔内气液流动形态，直至填料层中产生乳化现象，即表明已发生液泛。记下液泛时的最大空气量例 15m3/h)，再根据最大空气量规划各个实验状态点的风量值。为了使实验点在坐标轴上分布均匀，风量应按等比数列安排，比值取 1/4。实验时风量应从小到大逐级调节，每改变一次风量，需待系统稳定后再点击读取数据按钮，以记录该实验状态点的实验数据。一个喷淋密度下一般测 10组数据左右，最后一组数据应在泛点下测取。2.体积吸收系数 Kya的测定调节水量至 0.03 m3/h不变，空气量取液泛时的 0.60.8倍，例如取 12m3/

11、h；打开氨减压阀。为了保证在低浓气体下吸收，氨气的体积流量应小于空气流量的7.7%，例如取 4%，则氨气流量为 0.48 m3/h。等系统稳定后，双击屏幕左上侧的尾气吸收瓶，使尾气吸收瓶和湿式流量计相连，点击三通阀门，尾气引人吸收瓶与内装一定量的浓度已知的稀硫酸进行中和反应。当指示剂由红色变成黄绿色时，中和反应达到终点，此时计算机弹出一个对话框，提示中和反应已达终点，点击确定即可结束尾气分析。再点击读取数据按钮，则可自动读取第一个操作条件下的各测量参数。保持空气和氨气流量不变，改变水量，例如增大到 0.036 m3/h，等系统稳定后，重复以上数据测取操作。再在第二个实验状态点的基础上，保持水流

12、量不变，将空气的流量减小到 9m3/h，则相应的氨气流量为 0.36 m3/h，等系统稳定后，再重复以上数据测取操作。如是得到三种操作条件下的 Kya测试原始数据。六、实验数据处理当测完实验数据后，可点击实验操作界面上部的数据处理按钮，进入数据处理界面，进行实验数据处理。pu数据处理点击界面左侧的pu按钮，则列表显示出原始测定数据，再点击数据处理，又会列表显示数据处理结果。再双击作图。则可在双对数坐标中作出塔顶、底压降 p与空塔气速 u的关系，并在右上侧显示泛点气速和载点气速。图 5.6Apu曲线的原始数据记录2. Kya的数据处理原始数据实验题目：填料塔吸收过程实验 8数据处理表点击界面左侧

13、的Kya按钮，可得到在三种操作条件下的原始数据表格。再点击数据处理按钮，则可得到实验结果列表，其中最终结果为 Kya。从实验结果可以看出，当水量不变，只改变气量时的 Kya值大于改变水量而气量不变时的 Kya值，因此表明水吸收氨是属于气膜控制的过程。七、实验装置停车操作点击返回实验室按钮，返回实验操作界面。按以下顺序执行停车操作：关闭氨气阀门。测 pu关系曲线时，空气流量应按等比数列变化，这样可保证实验点在双对数坐标轴上分布均匀。左上侧尾气吸收瓶只有三只，只能分析三次尾气浓度，如果超过三次，则吸收瓶不能复原，只能重新再做实验。当连接了尾气吸收瓶后，别忘了还应点击三通，使部分尾气通入吸收瓶进行中和反应，否则无法得到尾气的浓度。1.为什么要测 pu的关系曲线?实际操作气速与泛点气速之间存在什么关系?2.什么是空塔气速?3.混合气体经过填料塔吸收后，塔顶尾气浓度是怎样测定的?4.经过填料塔吸收后，从塔底出来的液相浓度可用哪几种方