实验六 吸收实验.

实验六吸收实验
1．实验目的
（1）了解填料塔吸收塔的结构与流程；
（2）测定液相总传质单元数和总体积吸收系数；
（3）了解气体空塔速度和液体喷淋密度对总体积吸收系数的影响。

2．基本原理
由于CO2气体无味、无毒、廉价，所以本实验选择CO2作为溶质，用水吸收空气中的CO2。

一般将配置的原料气中的CO2浓度控制在10%（质量）以内，所以吸收的计算方法可按低浓度来处理。

⎡⎤Y1-mX21NOL=ln⎢(1-A)+A⎥1-AY-mX11⎣⎦计算公式：
LXdYLKXa==NOL⎰XX*-XZΩZΩ 12
式中 KXa ：以∆X为推动力的液相总体积吸收系数，kmol / (m3·s)；
NOL：以∆X为推动力的液相总传质单元数；
A：吸收因数
L：水的摩尔流量，kmol /s；
V：空气的摩尔流量，kmol /s；
Z：填料层高度，m；
Ω：塔的横截面积，m2 ；
本实验的平衡关系可写成：Y= mX；
式中 m：相平衡常数，m=E/P；
E：亨利系数，E＝f(t)，Pa，可根据液相温度t查得；
P：总压，Pa（取大气压）。

测定方法：
（1）本实验采用转子流量计测得空气和水的体积流量，并根据实验条件（温度和压力）和有关公式换算成空气和水的摩尔流量。

（2）测定塔底和塔顶气相组成Y1和Y2（利用气相色谱分析得到质量分率，再换算成摩尔比）。

（3）塔底和塔顶液相组成X1、X2的确定：对清水而言，X2=0，由全塔物料衡算可求出X1 。

A=L/Vm； V(Y1-Y2)=L(X1-X2)
3．实验装置与流程
实验装置流程如图2-10所示。

自来水送入填料塔塔顶经喷淋头喷淋在填料顶层。

由风机送来的空气和由二氧化碳钢瓶来的二氧化碳混合后，一起进入气体混合贮罐，然后从塔底进入塔内，与水在塔内进行逆流接触，发生质量传递，由塔顶出来的尾气放空。

由于本实验为低浓度气体的吸收，整个实验过程可看成是等温操作。

填料吸收塔内径为100mm，塔内分别装有金属丝网波纹规整填料和θ环散装填料两种，填料层总高度Z＝2 m.。

塔顶有液体分布器，塔中部有液体再分布器，塔底部有栅板式填料支承装置。

塔底有液封，以避免气体泄漏。

填料规格和特性：金属丝网波纹填料的型号为JWB—700Y，填料尺寸为
φ100×100mm，
23比表面积为700m/m。

θ环散装填料尺寸为φ10×10mm。

自来水
CO2来自钢瓶
空气来自风机
图2-10 吸收实验流程简图
4．实验步骤与注意事项
实验步骤：
（1）熟悉实验流程和气相色谱仪及其配套仪器结构、原理、使用方法及注意事项；（2）打开总电源、仪表电源开关，启动风机；
（3）打开二氧化碳钢瓶总阀，并缓慢调节钢瓶的减压阀（注意减压阀的开关方向与普通阀门的开关方向相反，顺时针为开，逆时针为关），使其压力稳定在0.2Mpa左右；
（4）开启自来水阀门，让水进入填料塔润湿填料（注意控制塔底液封：仔细调节液封控制阀的开度，控制塔底液位在一定高度，以免塔底液封过高溢满或过低而泄气）；
（5）分别仔细调节空气、二氧化碳、水的转子流量计的流量，使其稳定在某一数值；（6）待塔操作稳定后，读取各流量计的读数及温度显示仪表、压力表的读数，通过六通阀在线进样，利用气相色谱仪分析塔顶、塔底气相组成（质量％）。

（7）一组测完后，改变相关流量进行下一组实验；
（8）实验完毕，调节自来水、二氧化碳、空气流量计的读数至零，关闭风机、仪表电源及总电源，放空塔釜中的水，关闭二氧化碳钢瓶减压阀、总阀，清理实验场地。

注意事项：
（1）打开二氧化碳钢瓶总压之前，确定减压阀处于关闭状态，打开后，最好控制减压阀的压力为0.2MPa，不能过高，防止二氧化碳玻璃转子流量计爆炸伤人。

（2）操作条件改变后，需要有较长的稳定时间，一定要等到稳定后方能读取有关数据；
（3）通过六通阀在线进样进行色谱分析时，进样前要让待测气体连续吹扫取样管线一段时间（不少于5分钟）。

5．实验数据记录
实验日期：装置号：
同组实验人员：
6．实验结果
算出液相总传质单元数和总体积吸收系数，给出计算示例。

7．思考题
（1）本实验中，为什么塔底要有液封？
（2）为什么二氧化碳吸收过程属于液膜控制？
（3）当气体温度和液体温度不同时，应用什么温度计算亨利系数？（4）气体空塔速度和液体喷淋密度对总体积传质系数有何影响？
实验三填料吸收塔实验
一、实验目的
1、了解填料塔吸收装置的基本流程及设备结构；
2、观察在不同空塔气速下，填料塔的流体力学状态；
3、测定气体通过填料层的流体阻力；
4、掌握总吸收系数的测定方法。

二、实验内容
⑴、填料塔流体力学特性：
填料塔流体力学特性包括压强降和液泛规律。

要计算填料塔需用动力时，必须知道压强降的大小，而要研究气液负载量时，则必须了解液泛的规律。

本实验可用空气与水进行测定。

在各项喷淋量（包括喷淋量为零），逐步增大气速，记录所需数据，至刚出现液泛时止，但必须注意勿使气速过分超过泛点，避免冲破填料。

⑵、吸收系数的测定
吸收系数和传热系数相仿，根据吸收速率公式
KY=
V(Y1-Y2)GA
=
A∆YmaΩZ∆Ym
式中： GA——单位时间被吸收气体组分量（kmol/s）∆Ym——气相总吸收系数（kmol/（m2*s））
A——气液接触面积（m2）
一个吸收设备的气相和液相进出口的组成，往往由工艺要求所决定。

这样一来便为以给定，同样也为生产任务所给定，所以吸收设备的大小（），只取决于吸收系数，吸收系数对于吸收计算正如传热系数对于传热计算一样，具有十分重要的意义。

测定吸收系数，只要将上式等式右边各项测出代入求得。

其中
GA=V(Y1-Y2)
式中： V——惰性气体流量（kmol/s），直接由空气转子流量计测量；
Y1、Y2——分别为进出塔的气体浓度，进塔浓度由进气的氨与空气的比例计算，
出塔浓度由尾气分析器测出。

式中： Z——填料层高度（m）；
Ω——填料塔塔截面积（m2）；
a——单位体积填料的有效表面积（m2/m3），在一般操作条件，填料可视为完全润湿，因而a=σ（填料比表面积）
而∆Ym=Y1-Y2 Y1dY⎰Y2Y-Y*
一般情况下，∆Ym用图解积分法求得，如果平衡线是直线，则
∆YmY-Y)-(Y(=1*1*-Y22)
InY1-Y
Y2-Y*1
*
2
* 下表1及2分别代表塔底、塔顶。

Y表示平衡时气相浓度
Y1*=mx1,Y2*=mx2
相平衡常数 m=E P
式中： E——亨利系数，氨水溶液浓度<5%时的亨利系数E为
水温 0 10 20 25 30 40
E（atm） 0.293 0.502 0.778 0.947 1.25 1.935 P——塔平均操作压强（atm）则
P=绝对大气压+塔顶表压+ 0.5塔压差
三、实验步骤
⑴填料塔流体力学特性操作
1、进行填料塔流体力学特性实验不要开动氨气系统，使用水对空气进行操作即可。

2、实验开始可先开动供水系统，开动供水系统的滤水器时要注意首先打开出水端阀门，再
慢慢打开进水阀，如果在出水端阀门关闭的情况下开进水阀，滤水器就可能超压。

3、在正式实验之前一般要慢慢加大气速到接近液泛后再回复到预定气速，目的是使填料
全部润湿一次。

4、正式测定时固定某一喷淋量，测定每间隔气速下的填料压降，按实验记录表格记录数据。

⑵吸收系数测定操作
1、先确定操作条件，准备好尾气分析器，用前面所介绍的方法开动水系统和空气系统，则
一切准备完毕后再开动氨气系统，实验完毕随即关闭氨气系统，以便可能节约氨气，空气系统的关闭方法也和前项介绍的一样。

2、开动氨气系统时，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
开氨气瓶顶阀，此时，自动减压阀的高压压力表应有示值，下一步先管好氨气转子流量计前的调节阀，此时，自动减压阀的弹簧，使阀门打开，同时注视低压氨
气压力表，至压力表的示值达到0.5或0.8（kg/cm2）时即可停止。

以后即可用转子流量计前的调节阀
调节氨气流量。

关闭氨气系统的步骤与开动步骤相反。

3、尾气分析的准备和测定操作
先洗净分析盒两个，各加入一定量的硫酸、指示剂，加蒸馏水到刻线处。

关好分析系统的调节旋转塞后将其中一个盒子装入分析系统管道内，并记下湿式流量计的初始值，至此分析器的准备工作完成。

测定时缓慢打开调节旋塞，使尾气通过分析器，要注意控制通过速度，过大尾气会将分析液带走，引起误差，过慢，则延长分析时间，待分析液变色立即关闭旋塞，此时读取湿式流量计的终示值，即完成一个样品的分析。

四、尾气浓度测定方法
进气浓度可以从氨流量计和空气流量计的计量计算出来，出塔液体的浓度可通过物料衡算得到，唯一要分析的是尾气浓度。

尾气分析器，由吸收盒和湿式气体流量计所组成。

吸收盒有快装接头，事先将一定浓度、一定体积的稀硫酸吸收液收入吸收盒内，并加入指示剂甲基红，分析时用快装接头接入管道内，然后打开旋塞，让尾气通过吸收盒，尾气中的氨被吸收液吸收，其余部分（空气），由湿式气体流量计计量，当指示剂变色时，表示吸收终点到达，随即关闭旋塞，并读取湿式气体流量计终示值。

因为事先放入的吸收液浓度和体积是已知的，故空气总量是多少即可反映尾气浓度，空气量越大表示浓度越低。

测定时要注意控制阀门的开度大小，务使尾气成单个气泡连续不断进入吸收盒，如果开度过大，尾气成团通过，则吸收不完全，开度过小，则分析时间过长。

五、有关数据整理两点说明
⑴标准状态下空气流量及氨气流量计算式
标准状态下空气流量
Q0=Q1 (NM3/h) 标准状态下氨气流量
Q0=Q (NM3/h) 式中： Q0——转子流量计示值（即为标定流量）
PT00——标准状态压力温度（P0=760mmHg T0=273K）
PT22及PT11——分别表示使用状态和标定状态的压力和温度
（P1=760mmHg T1=293K）
τ10 及τ20分别表示标准状态下标定气体和被测定气体的重度（kg/m3）
⑵尾气浓度Y2的计算
尾气通过吸收器，当其中的硫酸被尾气中的氨刚好完全中和时，若所通过的空气体积为V0空
[毫升]（标准状态），被吸收的氨的体积为V0氨[毫升]（标准状态），则尾气浓度Y2为：
Y2=
V0氨V0空
式中： V0空——由湿式气体流量计测量，再换算为标准状态； V0氨——被吸收的氨的体积（标准状态）
V0氨值可根据加入吸收管的硫酸溶液体积和浓度求出：V0氨=22.1⨯2V3N3
式中： V3 ——加入吸收管中的硫酸溶液体积[毫升] N3——硫酸液的当量浓度[毫克当量/毫升]
式中22.1是1毫克分子氨在标准状态下的体积[毫升/毫克分子]，这是因为标准状态下氨的重度=0.7708[毫克/毫升]，又1毫克分子氨的重量是17.03毫克，所以1毫克分子氨在标准状态下的体积为17.03⨯
1
=22.1[毫升/毫克分子]；2是一毫克分子硫酸消耗两毫克
0.7708
分子氨气。

六、实验记录
⑴填料流体阻力实验记录实验日期：实验介质：塔内径：大气压强：
空气流量计算标定状态：实验填料种类及规格：填料高度：填料比表面积：水温：
空气平均密度: .
⑵吸收实验记录实验日期：
填料种类及规格：吸收剂：填料高度：氨气纯度：
填料比表面积σ= m2/m3
1、尾气浓度Y2计算：
2、进气浓度Y1计算：
3、塔氨水溶液浓度x1计算：
填料吸收塔实验
一、实验目的
⒈了解填料吸收塔的结构并练习操作。

⒉学习填料吸收塔传质能力和传质效率的测定方法。

3.了解吸收操作的影响因素。

二、实验内容
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
吸收系数是决定吸收过程速率高低的重要参数，而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。

本实验所用气体混合物中氨的浓度很低（摩尔比为0.02），所得吸收液的浓度也不高。

可认为气-液平衡关系服从亨利定律，可用方程式Y*=mX表示。

又因是常压操作，相平衡常数m值仅是温度的函数。

⑴ NOG 、HOG 、KYa 、φA可依下列公式进行计算
（7-1）
（7-2）
（7-3）
（7-4）
（7-5）
式中：Z—填料层的高度，m；
HOG—气相总传质单元高度，m； NOG —气相总传质单元数，无因次； Y1 、Y2 —进、出口气体中溶质组分的摩尔比，
；
D Ym—所测填料层两端面上气相推动力的平均值；
D Y2、D Y1—分别为填料层上、下两端面上气相推动力；
D Y1= Y1- mX 1 ； D Y2= Y2- mX 2 X2 、X1 —进、出口液体中溶质组分的摩尔比，
； m—相平衡常数，无因次；
KYa—气相总体积吸收系数，kmol /（m3 · h）； V—空气的摩尔流率，kmol （B）/ h；Ω—填料塔截面积，m2；。

—混合气中氨被吸收的百分率（吸收率），无因次。

⑵操作条件下液体喷淋密度的计算
7-6）（
最小喷淋密度经验值
四、实验步骤为0.2 m3/ （m2· h）
1、开动气体系统：首先，全开叶氏风机的旁通阀，关闭流量计前阀门，再启动叶氏风机的电机，否则，风机一开动，系统内的气速突然上升，会冲坏空气转子流量计。

风机启动后，先将流量计的前阀至全开，然后用关小旁通阀的办法调节流量。

2、开动供水系统：（喷淋为 0时不开）开动供水系统的滤水器时，要注意首先打开供水系统的出水阀门后，才慢慢打开进水阀门，若在出水阀门关闭时打开进
水阀滤水器可能压。

同理，实验完毕停机时，也要全开旁通阀，关闭流量计前阀门，待转子降下来后，再停机，否则，气速突然停止，转子猛然落下打坏流量机。

3、在正式测取前，应慢慢加大气速至液泛，然后再回复到较小时开始正式的测定，目的是使填料全面润湿一次，减小误差。

4、正式测定时，固定某一喷淋量，然后调节气速，并将某一间隔的气速下的填料压降记录下来，并注意观察，记录液体在填料的间隙中的状况以及流动死角的位置。

五、计算依据
1、根据记录计算出各序号下的△p/z (mmH2O/m)
△p--填料层压差（mmH2O）
z--填料高度（m）
2、空气的空塔质量流速G`(Kg/m2.h)
(a).将实验测取的流量Q1换算成标准流量下的Q0
Q0=Q1x(T0/P0)x (P2P1/T2T1)0.5
Q0 P0 T0--标准状态下的气体流量,压力（760 mmHg），温度（273K）
Q1--流量计的示值
T1 P1--流量计标定温度，压力
T2--实验时，空气的温度K
P2--流量计前压力（mmHg）
(b). G`=Q0ρ0/Ω
ρ0--标准状态下的气体的密度（Kg/m2）Ω--塔截面积（m2）
3、干填料层压强降与气速的关系（即求△p/z .a(G`)n）：将前面求出△p/z 和G,在对数坐标纸上描绘成曲线（△p/z 为纵坐标G,为横坐标），一般在喷淋量为 0时曲线几乎为直线，在该线上取两点的 G,△p/z 数据计算。

n=(Lg(△p/z)1-Lg(△p/z)2)/(LgG1-LgG2)
4液泛的规律
将班里的其他同学的数据，不同喷淋下达到液泛规律的压强降△p/z和相应的气体空塔质量流速 G`列表，观察液泛点压差在什么范围。

例子解析
数据记录（仅作参考）：
以 <数据记录> 的第一组为例；（仅作参考）△P/Z=63/0.865=72.83 Lg△P/Z=1.86 Q0=Q1(T0/P0)(P2P1/T2T1)0.5
=Q1(273/760)(760P2/(273+18)(273+16))0.5=0.034Q1P20.5
=0.034x27.2(760+28.2)0.5 =25.96m3/h
G`=Q0ρ0/Ω=(25.96x1.29)/((π/4)0.10782)=3680 Kg/m2h LgG`=3.57
其余各组数据的处理一样。

汇总如下：
画图：
求干填料层压强降与气速的关系（图的解析）.
(取右边直线的 1，3 两点即（3.57,1.86）,（3.66,2.06）) n=(Lg(△P/Z)1-
Lg(△P/Z)2)/(LgG`1-LgG`2)
=(2.06-1.86)/(3.66-3.57)
=2.2
六、思考题
1填料吸收塔塔底为什么必须有液封装置？
2水的流量如何稳定的？
3为提高传质速度，吸收剂的温度该如何变化？
4对尾气分析，请提出一种以上的新分析方法。

5若突然停水，吸收塔进出口所定浓度该如何变化？
实验预习报告：
应包含的内容：
一.实验目的（略）：
二.实验原理（略）：
三.实验任务（略）：
四.实验步骤（略）：
不同实验有不同的要求，如精馏，需要在实验之前画好乙醇-水的汽液平衡线。

实验报告：
在上述内容的基础上再加上以下的内容：
五.数据处理：（具体请参考数据处理网页）
六思考题以及实验小结：。