填料吸收综合实验

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H OL 、体积吸收系数K X a 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/Z~u 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/Z~u 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及气、液接触状况的不同而变化。

CO 2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CO 2的CO 2与空气混合物，用水做吸收剂。

由于吸收液中CO 2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。

K X a 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CO 2难溶气体，故而K X ≈k x ，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 。

H OL —液相总传质单元高度，m ；
m
OL X X X N ∆-=
21OL OL N Z
H =
O L
O L N H Z =Ω
=
OL X H L a K
N OL —液相总传质单元数，无因次；
X 1 、X 2 —进、出口液体中溶质组分的摩尔比，kmol(A)/kmol(S)；
K X a —气相总体积吸收系数，kmol /(m 3 ·
h)；
L —水的摩尔流率，kmol(S)/h ； Ω—填料塔截面积，m 2；24
D π
=Ω，本实验吸收塔塔径D =75mm 。

四、
实验装置
1. 实验流程图
2. 实验流程介绍
空气由鼓风机①送入空气转子流量计③计量，空气通过流量计处的温度由温度计④测量，空气流量由放空阀2调节，CO 2由CO 2瓶送出，经过CO 2瓶总阀8进入CO 2转子流量计9计量，CO 2通过转子流量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/Z ～u ）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；
（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；
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- CO 2瓶阀门、9- CO 2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
（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/Z ～u 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△P ～u 数据；
（5） 在对数坐标纸上标出液体喷淋量为20L/h 下△P/Z ～u 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CO 2组分浓度为
0.2～0.3（摩尔比）所需CO 2流量；
（3） 用空气流量调节阀把空气流量调至规定值处，打开CO 2瓶总阀（不要开得太大），用
CO 2减压阀调节CO 2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2～3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CO 2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CO 2瓶总阀前，应关闭减压阀和CO 2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，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。

七、
实验数据表
()L mol V V C V C C HCl
HCl OH Ba OH Ba CO /222)()(22
溶液
－=
表1 干填料时△P/z～u关系测定
L= L/h 填料层高度Z= 塔径D=
表2 湿填料时△P/z～u关系测定
L= L/h 填料层高度Z= m 塔径D= m
表3 填料吸收塔传质实验数据表
八、实验数据表
⒈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。

⒉将Δp/Z～u的关系在双对数坐标纸上表示出来。

从Δp/Z～u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？
⒊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 X a如何变化？与理论分析是否一致？为什么？
九、附录
CO2—H2O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, E×10-5，kPa。