1、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/Zu 关系曲线并确定液泛气速。2. 测量填料吸收塔的传质单元高度、体积吸收系数和回收率。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/Zu 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
2、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含有少量 CO2 的 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。KXa 可依下列公式进行计算：而：因此：同时，由此，在一定液体流量下，即可测得液相总吸收系数。由于 CO2 难溶气体，故而 KXkx，从而即可测出液侧吸收系数。式中：Z填料层的高度，m ；本实验，Z=0.4m
3、。HOL液相总传质单元高度，m；mOLXN21OLZHOLHZOLXaKNOL 液相总传质单元数，无因次；X1 、X 2 进、出口液体中溶质组分的摩尔比，kmol(A)/kmol(S)； KXa气相总体积吸收系数，kmol /(m 3 h)；L水的摩尔流率，kmol(S)/h；填料塔截面积，m 2； ，本实验吸收塔塔径 D=75mm。24D四、实验装置1. 实验流程图2. 实验流程介绍空气由鼓风机送入空气转子流量计计量，空气通过流量计处的温度由温度计测量，空气流量由放空阀 2 调节，CO 2 由 CO2 瓶送出，经过 CO2 瓶总阀 8 进入 CO2 转子流量计 9 计量，CO 2通过转子流量
4、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/Zu）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；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-CO 2 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（3） 按空气
5、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；（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/Zu 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；（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Pu 数据；（5） 在对数坐标纸上标出液体
6、喷淋量为 20L/h 下P/Zu 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。3. 测定传质吸收系数（1） 调节水喷淋量为 30L/h；（2） 选择合适的空气流量，并根据所选空气流量计算为保证混合气体中 CO2 组分浓度为0.20.3（摩尔比）所需 CO2 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、CO 2 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和温度，塔底排出液的温度，并分析塔
7、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 0.1M 的 Ba（OH） 2 溶液 10mL，放入三角瓶中，并从塔底附设的取样口处接收塔底溶液 10 mL，用胶塞塞好，并振荡。溶液中加入 23 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。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
8、，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。LmolVCCHlOBaHO /2)()(2溶 液 七、实验数据表表 1 干填料时P/zu 关系测定L= L/h 填料层高度 Z= 塔径 D=序号填料层压强降/ mmH 2O单位高度填料层压降 mmH2O/m 空气流量计读数 m3/h 空气温度 对应空气流量 m3/h 空塔气速m/s123456789表 2 湿填料时P/zu 关系测定 L= L/h 填料层高度 Z= m 塔径 D= m序号填料层压强降/mmH 2O单位高度填料层压强降/mmH2O/m空气转子流量计读数 m3/h空气流量计处空气温度对应空气流量 m3/h空塔气速
9、m/s 操作现象123456789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, m 3/h空气转子流量计处空气温度, 空气实际体积流量, m 3/hCO2 转子流量计读数, m 3/hCO2 转子流量计处温度, CO2 的实际体积流量, m 3/h水流量, m 3hBa(OH)2 的浓度, mol/L所用 Ba(OH)2 的体积, mL盐酸的浓度, mol/L塔底吸收液消耗盐酸的体积, mL空白液消耗盐酸的体积, mL样品体积, mL塔底吸收液温度, 相平衡常数塔底气相浓度, 1塔顶气相浓度, 2 塔底液相
10、浓度, 1液相相总传质单元数, N OL液相总传质单元高度, H OG, 水的摩尔流量, L, kmol/h液相总体积吸收系数 KXa 八、实验数据表 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。 将 p/Zu 的关系在双对数坐标纸上表示出来。从 p/Zu 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？ 由实验结果得出在其他不变的情况下增大水的流量，N OL、H OL、K Xa 如何变化？与理论分析是否一致？为什么？九、附录CO2H2O 系统平衡常数 m 与温度 t 之间的关系曲线表 4 二氧化碳在水中的亨利系数, E10 -5，kPa温度，气体0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 60CO2 0.738 0.888 1.05 1.24 1.44 1.66 1.88 2.12 2.36 2.60 2.87 3.46
