填料吸收塔的操作和吸收系数的测定
实验七填料吸收塔的操作及吸收传质系数的测定
实验六 吸收实验
(一)丙酮填料吸收塔的操作及吸收传质系数的测定
一、实验目的
1、了解填料吸收塔的结构和流程；
2、了解吸收剂进口条件的变化对吸收操作结果的影响；
3、掌握吸收总传质系数Kya 的测定方法。 二、实验内容
1、测定吸收剂用量与气体进出口浓度y 1、y 2的关系;
2、测定气体流量与气体进出口浓度y 1、y 2的关系;
3、测定吸收剂及气体温度与气体进出口浓度y 1、y 2的关系; 三、实验原理
吸收是分离混合气体时利用混合气体中某组分在吸收剂中的溶解度不同而达到分离的一种方法。不同的组分在不同的吸收剂、吸收温度、液气比及吸收剂进口浓度下，其吸收速率是不同的。所选用的吸收剂对某组分具有选择性吸收。
1、吸收总传质系数K y a 的测定
传质速率式： N A =K y a ·V 填·△Ym (1)
物料衡算式： G 空(Y 1-Y 2)=L(X 1-X 2) (2) 相平衡式： Y=mX (3)
(1)和(2)式联立得： K y a=
12()
m
G Y Y V Y -∆空填 (4)
由于实验物系是清水吸收丙酮，惰性气体为空气，气体进口中丙酮浓度y 1>10%,属于高浓度气体吸收，所以： Y 1=
1
1
1y y - ； Y 2= 221y y - ；
G 空—空气的流量（由装有测空气的流量计测定）,Kmol/m 2·h ；
V 填—与塔结构和填料层高度有关； 其中：22112211ln
)
()(mX Y mX Y mX Y mX Y Y m -----=
∆ (5)
02=X ； )(211Y Y L
G
X -=空 ；
填料塔吸收操作及体积吸收系数测定
课程名称：过程工程原理实验（甲）指导老师：成绩：__________________
实验名称：填料塔吸收操作及体积吸收系数测定实验类型：工程实验同组学生姓名：_
一、实验目的和要求（必填）二、实验内容和原理（必填）
三、主要仪器设备（必填）四、操作方法和实验步骤
五、实验数据记录和处理六、实验结果与分析（必填）
七、讨论、心得
1 实验目的：
1.1 了解填料吸收塔的构造并熟悉吸收塔的操作；
1.2 观察填料塔的液泛现象，测定泛点空塔气速；
1.3 测定填料层压降与空塔气速u的关系曲线；
1.4 测定含氨空气—水系统的体积吸收系数。
2 实验装置：
2.1 本实验的装置流程图如图1：
主体设备是内径为70mm的吸收塔，塔内装10*9*1陶瓷拉西环填料。
2.2物系：水—空气—氨气。惰性气体由漩涡气泵提供,氨气由液氮钢瓶提供，吸收剂水采用自来水，它们
的流量分别通过转子流量计测定。水从塔顶喷淋至调料层与自下而上的含氨空气进行吸收过程，溶液由塔底经过液封管流出塔外，塔底有液相取样口，经吸收后的尾气由塔顶排至室外，自塔顶引出适量尾气，用化学分析法对其进行组成分析。
3 基本原理：
3.1.填料塔压力降p ∆与空塔气速u 的关系
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(L=0)时， p ∆~u 关系在双对数坐标中
为一斜率在1.8~2.0之间的直线，如图2中AB 线。
当液体喷淋密度达到一定值(如1L L =)后，液体以液膜状流经填料表面， p ∆~u 关系如图2中A 1B 1C 1D 1线所示，由两个转折点B 1、C 1分为三个区段。其中第一区段A 1B 1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p ∆~u 关系线与AB 线平行，由于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。
填料吸收塔吸收系数的测定
填料吸收塔吸收系数的测定
填料吸收塔是常用于化工、环保和石油化工行业的一种重要设备，主要用于对废气、
排放物、气体等进行吸收反应，从而实现气体的净化和废气的处理。而填料吸收塔的执行
效果和工作稳定性，直接与填料的吸收系数有关。因此，正确测定填料吸收塔吸收系数，
对设备的选型和应用非常重要。
填料吸收塔的吸收系数是指填料在吸收塔中吸收某种气体分子时的吸收性能，它是衡
量填料吸收性能的关键参数。填料吸收系数越高，吸收塔的工作效率就越高，反之则会降
低吸收塔的吸收效率。
填料吸收塔吸收系数的测定方法主要有工程经验法和实验测定法两种。
1. 工程经验法
工程经验法是通过工程实际应用的经验来推算吸收塔的吸收系数。具体方法是，根据
工程设计参数、填料类型和形状、气体性质等因素，在实际应用过程中逐步调整塔内气流
和填料结构，再通过实际操作的数据对吸收塔的吸收系数进行估算和推算。
2. 实验测定法
(1) 实验器材准备：实验中需要准备一个实验吸收塔、一个气体取样器、一些填料和
一台气体分析仪器。
(2) 实验前准备：将实验吸收塔充满液体，然后加入少量的填料，在填料外部注入气体，使气体与填料充分接触。然后在气体取样器内取样，经分析后可以确定气体中浓度的
变化。
(3) 实验数据处理：实验中需要记录填料和液体的质量和体积，以及气体进口和出口
的流量、浓度等参数。处理实验数据时，可以通过设计实验来测定吸收塔的吸收系数。
填料吸收塔吸收系数受到多种因素的影响，主要有以下几个方面：
1. 填料密度和形状
填料的密度、形状和表面性质等对吸收系数影响很大。一般来说，填料的密度越小、
实验七填料塔吸收实验
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基本流程。
２.熟悉填料塔的流体力学性能。
３.掌握总传质系数K Y a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。
２．测量固定液体喷淋量下，不同气体流量时，用水吸收空气—氨混和气体中氨的体积吸收系数K Y a。
三、基本原理
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、θ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,则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∝u n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。
实验七填料塔吸收实验
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基本流程。
２.熟悉填料塔的流体力学性能。
３.掌握总传质系数K Y a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。
２．测量固定液体喷淋量下，不同气体流量时，用水吸收空气—氨混和气体中氨的体积吸收系数K Y a。
三、基本原理
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、θ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=u1.8-2.0表示。在双对数坐标系中为一条直线,斜率为1.8-2.0。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∝u1.8-2.0这一关系。但在同样的空塔速度下，由于填料表面有液膜存在,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,则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∝u n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。
实验十二吸收塔的操作及吸收传质系数的测定
Y
Y 1
Y 2
X
X 1
X 2
图12-1 吸收操作线和平衡线
操作线22()L
Y X X Y G
=
-+ 平衡线Y=mX
实验十二 填料吸收塔的操作及吸收传质系数的测定
一、实验目的
1、了解填料吸收塔的结构和流程。
2、了解吸收剂进口条件的变化对吸收操作结果的影响。
3、掌握吸收总体积传质系数a K y 和a K x 的测定方法。
二、基本原理
1、测气相总体积传质系数的原理
气相总体积传质系数由填料层高度公式决定
12Y m
Y Y V
Z K a Y -=
⋅Ω∆ （12-1） **1122*
11*
22()()
()ln ()
m Y Y Y Y Y Y Y Y Y ---∆=-- (12-2) 式中y K 气相总传质系数，mol/m 2
·h ；
m Y ∆塔顶、塔底气相平均推动力；
a 填料的有效比表面积，m 2/m 3；
a K y 气相总体积吸收传质系数，mol/m 3·
h 。 （1）Z ――填料层高度m ，根据所装填料的高度直接测量。
（2）Ω――塔截面积m 2，
2
4
D π
Ω=
，而D 塔径为已知。
（3）V ――情性气体摩尔流量（空气）mol/ h ，根据理想气体状态方程可知：
v
pq V RT =
，p――压力Pa ，压力表测量空气压力；q v ――体积流量m 3/h ，转子流量计
测量（注意读数为实验条件20℃、1atm 下的，可直接利用公式进行计算，如果用操作条件
则需要进行换算，其依据为'v v q q =；T ――空气温度K ，温度计测量。 （4）Y 1――
1
111y Y y =
-，稳定操作后（各仪表读数恒定5min ）测量气体进口浓度（丙酮
填料吸收塔实验
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
()12A Y m
m
V Y Y G K A Y a Z Y -=
=
∆Ω∆
式中： A G ——单位时间被吸收气体组分量（kmol/s ） m Y ∆——气相总吸收系数（kmol/（m 2*s ））
A ——气液接触面积（m 2）
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 ()12A G V Y Y =-
式中： V ——惰性气体流量（kmol/s ），直接由空气转子流量计测量；
12Y Y 、——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 ）；
填料吸收塔操作及吸收传质系数的测定
填料精馏塔的操作与塔效率的测定
金世成
2014301040177
实验数据处理
装置编号：塔型：浆叶式搅拌萃取塔塔内径：37mm 溶质：A ：苯甲酸稀释剂B ：煤油萃取剂S ：水连续相：水分散相：煤油重相密度：997.5kg·m -3轻相密度：800kg·m -3流量计转子密度ρf ：7900kg·m -3塔的有效高度：0.75m 塔内温度t ＝23.6℃
多次测得的数据取平均值，得如下表格1、重相水的密度：ρH2O =-0.0055×23.62+0.0228×23.6+999.99=997.5kg·m -32、轻相煤油的密度：800kg·m -3
3、塔底重相质量m 1:m 1=ρH2O ×V H2O =0.9975×25g =24.94g
4、塔底轻相质量m 2:m 2=ρ煤油×V 煤油=0.8×10g =8g
5、根据X Rb =（C NaOH ×V NaOH ×M NaOH ）/（m 2+C NaOH ×V NaOH ×M NaOH ），可依次得到实验序号为1，
2，3的X Rb 值
6、根据X Rt =（C NaOH ×V NaOH ×M NaOH ）/（m 2+C NaOH ×V NaOH ×M NaOH ），可依次得到实验序号为1，
项目\实验序号
123桨叶转速转/分200
258296
水转子流量计读数L ·h -14煤油转子流量计读数L ·h -16校正得到的煤油实际流量
L ·h -1
4.53浓度分析
NaOH 溶液浓度mol ·L -10.01052塔底轻相X Rb
样品体积mL 101010NaOH 体积mL 6.73 6.60 6.67塔顶轻相X Rt 样品体积mL 101010NaOH 体积mL 4.15 3.30 2.50塔底重相Y Eb
填料吸收塔的操作及吸收传质系数的测定
填料吸收塔的操作及吸收传质系数的测定
填料吸收塔的操作及吸收传质系数的测定操作规程
(1.熟悉实验工艺流程，了解气相色谱仪的使用方法。
2.水箱充入清洁水，液位高度须超过80%。丙酮加入溶剂储罐中，液位高度须超过50%。
3.关闭气、水流量计，启动空压机（控制压力调节在0.4～0.5MPa），出口压力减至0.05MPa 左右。通过压力定值器，控制实验操作压力保持稳定在0.02～0.03MPa（不能太大）。
4.打开塔顶放气（出口取样）考克（实验中始终处在全开状态），关闭塔底液体（实验中液位高度保持在1/3～1/2）出口阀。
5.打开空气流量计调节空气流量（400～500mL/h），打开水流量计调节水流量（2～ 3L/h）。待稳定（3～5分钟）后，取样分析。
6.分析所得的结果合格后方可改变空气或水流量再重复操作中，以此类推，直至所需数据测取完毕。
7.所有实验数据测试完毕并经指导教师检查同意后，按色谱操作规程并闭色谱，停水，最后关停风机。
注意事项：
气相色谱使用请严格按照气相色谱开关机步骤操作，实验结束后，先关电，至温度降到一定值后，才能关气，然后恢复到实验前状态。
填料吸收塔的操作及吸收传质系数的测定
实验数据处理中注意事项说明
❖ 1．气体流量计在0.02MPa下使用，与气体
流量计标定时的状态不同，故需校正
G GN
P0T PT0
❖ 2．吸收剂的进口温度由半导体温度计测得， 需 全知 塔道 平全均塔温平度均为温 ：度，来t 查 得t进各 组t出 的m值。 2
❖
实验数据处理结果的讨论及要求
1．在空气流量恒定条件下，改变清水流量，讨论组 分回收率η，传质推动力,Δym和传质系数Kya的变 化规律。
K ya C Ga Lb
(三). 吸收塔的操作和调节：
❖ 回收率η
y1 y2 1 y2
y1
y1
吸收剂的进口条件：流率L、温度t、浓度x2三个因素 1、改变吸收剂用量 2、改变吸收剂入口温度 3、吸收剂进口浓度x2
吸收塔的操作和调节
给定条件：H，,Kya,y1 调节手段：L，t，x２，
一、实验目的
1．了解填料吸收塔的结构和流程 2．了解吸收剂进口条件的变化对吸收操作结果的
影响 3．掌握吸收总传质系数Kya的测定方法
二、实验原理
❖ 吸收速率方程式
N A K y aV填 ym N A K y Aym
K
ya
NA V填ym
N A G( y1 y2 ) L(x1 x2 )
影响因素： 1．设备因素, V填与填料层高度H、填料特性及放置方式有关。一旦一填
填料吸收塔的操作及吸收传质系数的测定解读
k y ,a 由于， 显然，K y,a 与气相流量G和液相流量L都有关， 其关系可由下式表示： K y,a CG a Lb
b k BL AG 、 x,a
a
3.全塔物料衡算和操作线方程
在稳定操作条件下，惰性气体（如空 气）和纯吸收剂的量基本上没有变化。在 任一微分段中，从气相扩散出的吸收质必 为同微分段的液体所吸收，则物料衡算式 如下：
最后应注意：
以上讨论是基于填料塔的填充 高度一定，即针对某一特定的工程 问题进行操作型的问题讨论。若是 设计型的工程问题，则上述结果不 一定相符，需视具体问题而定。
实验装置及流程
本实验以水为吸收剂，通过填料塔吸收分离空气 — 丙酮混合气中的丙酮。实验装置包括空气输送、丙酮汽化、 吸收剂供给和供气 - 液两相逆流接触的填料塔等部分，其 流程示意图如下所示。
实验目的
1.了解填料吸收塔的结构和流程。 2.了解吸收剂进口条件的变化对吸收 操作结果的影响。 3.掌握吸收总传质系数的测定方法。
实验基本原理
1.气液相平衡关系
2.吸收速率方程式 3.全塔物料衡算和操作线方程 4.填料吸收塔的操作和调节
1.气液相平衡关系
大多数气体物质 A 溶解形成稀溶液时，稀溶液 上方溶质A的平衡分压p*A与其在溶液中的摩尔分数 xA成正比： p*A=ExA 这就是亨利定律。式中E为亨利系数(kPa)。 若气相组成也用平衡摩尔分数y*表示，则上式 可写为： y*=ExA/p总 令m=E/p总，则y*=mxA
填料塔吸收操作及体积吸收系数的测定
课程名称：过程工程原理实验指导老师：叶向群成绩：
实验名称：填料塔吸收操作及体积吸收系数的测定实验类型：工程实验同组学生姓
名：一、实验目的和要求（必填）二、实验内容和原理（必填）
三、主要仪器设备（必填）四、操作方法和实验步骤
五、实验数据记录和处理六、实验结果与分析（必填）
七、讨论、心得
一、实验目的
1.了解填料吸收塔的构造并熟悉吸收塔的操作。
2.观察填料吸收塔的液泛显现，测定泛点空塔气速。
3.测定填料层压降ΔP与空塔气速u的关系曲线。
4.测定含氨空气—水系统的体积吸收系数K Yα。
二、实验装置
1.本实验装置的流程示意图见图5-1。主体设备是内径70毫米的吸收塔，塔内装10×9×1陶瓷拉西环填料。
2.物系是（水—空气—氨气）。惰性气体空气由漩涡气泵提供，氨气由液氨钢瓶供应，吸收剂水采用自来水，它们分别通过转子流量计测量。水葱塔顶喷淋至填料层与自下而上的含氨空气进行吸收过程，溶液由塔底经液封管流出塔外，塔底有液相取样口，经吸收后的尾
气由塔顶排至室外，自塔顶引出适量尾气，用化学分析法对其进行组成分析。
1—填料吸收塔2—旋涡气泵3—空气转子流量计4—液氨钢瓶5—氨气压力表6—氨气减压阀7—氨气稳压罐8—氨气转子流量计9—水转子流量计10—洗气瓶11—湿式流量计12—三通旋塞13、14、15、16—U型差压计17、18、19—温度计20—液位计
图5-1填料塔吸收操作及体积吸收系数测定实验装置流程示意图
三、基本原理
（一）填料层压力降ΔP与空塔气速u的关系
气体通过干填料层时（喷淋密度L=0），其压力降ΔP与空塔气速u如图6中直线A所示，此直线斜率约为1.8，与气体以湍流方式通过管道时ΔP与u的关系相仿。如图6可知，当气速在L点以下时，在一定喷淋密度下，由于持液量增加而使空隙率减小，使得填料层的压降随之增加，又由于此时气体对液膜的流动无明显影响，在一定喷淋密度下，持液量不随气速变化，故其ΔP~u关系与干填料相仿。
实验七 填料吸收塔的操作及体积吸收系数的测定参考实验报告1
实验七 填料吸收塔的操作及体积吸收系数的测定
原始数据记录表
大气压 1030 hPa 塔径 70 mm 填料层高度 39 cm 标准酸浓度 0.2115 mol/l 环境温度 22 ℃
注： 按理论，塔内的空气流量应进行校正，但由于流量计后的空气压力略高于塔系统总压力，
而流量计后空气温度却也相应的高于塔系统空气温度（塔系统且无温度监测），因此为计算方便，可用流量计显示的流量读数直接代入，计算空塔气速（本环节已经过验算误差小可忽略不计）。 数据处理：塔内流通截面 ()2220.78540.070.0038474
d m π
Ω=
=⨯=
填料层单位压降 ()0.00310009.81
0.39
75.46/R g P Z
Pa m ρ∆=
⨯⨯=
=水 同理各压降计算结果见上表1～2 空塔气速 ()
36005
36000.0038470.361/Q u m s =
Ω
=⨯= 同理各空塔气速计算结果见表1～2
塔顶压力
()()0
227.722.91010009.81103000103470.88P R g P Pa ρ-=+=-⨯⨯⨯+=顶顶水 全塔压力
()()
227.325.61010009.81166.77P R g
Pa ρ-==-⨯⨯⨯=全全水 塔底压力 ()
103470.88166.77103637.65P P P Pa =+=+=顶底全 系统总压 ()103470.88103637.65
103554.322
P P P Pa ++=
==顶底 塔底溶液绝对温度 ()25.5273.15298.65T K =+=
填料吸收塔的操作及吸收传质系数的测定
实验步骤（1）
1、打开气相色谱。
2、检查丙酮汽化器中是否需要补充丙酮，丙酮 汽化器中丙酮的液位须超过50%。
3、打开进入高位槽的自来水龙头，保持从高位 槽溢流管始终有适量水溢出。
4、关闭气、液流量计，关闭塔底液体出口阀， 关闭空压机出口阀门。
流量和液相流量，传质系数Kya将如何变化？ 10.本实验中其他条件不变而空气流量适当增加时，出
塔气、液组成会如何变化？
11.本实验中其他条件不变而水流量适当增加时，出塔 气、液组成会如何变化？
12.本实验条件下，若增加空气的流量，则水流量是否 按比例增加（即L/G不变）就可保证吸收率不变？
Y1 Y1 Y1* Y1 mX 1 Y2 Y2 Y2* Y2 mX 2
（3）气相总体积传质系数
由式
NA
K y,aV填Ym
可得：K y,a
NA V填 Ym
又根据双膜理论，在一定的温度下，吸收总
系数可用下式表示： 1 1 m
K y,a
k y,a
k x,a
它是一条通过( ) X A,1,YA,1 ，( X A,2 ,YA,2)两点的 直线。这条直线就是吸收的操作线。
4.填料吸收塔的操作和调节
吸收操作的结果最终表现在出口气体的 组成 y A,2 上，或溶质的吸收率η 上。吸收率 的定义为：
填料吸收塔的操作及吸收传质系数的测定讲课文档
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最后应注意：
以上讨论是基于填料塔的填充 高度一定，即针对某一特定的工程 问题进行操作型的问题讨论。若是 设计型的工程问题，则上述结果不 一定相符，需视具体问题而定。
分类：物理吸收和化学吸收；等温吸收和非等温吸收；单组 分吸收和多组分吸收等。
应用：1.制取化工产品；2.分离气体混合物；3.从气体中回 收有用组分；4.气体净化等。
现在二页，总共三十八页。
实验目的
1.了解填料吸收塔的结构和流程。 2.了解吸收剂进口条件的变化对吸收
操作结果的影响。 3.掌握吸收总传质系数的测定方法。
故有
NAKy,V填 Ym
式中：K y , ---以气相摩尔分数差为推动力的气相总溶
积吸收传质系数（kmol/m3·h）。
现在八页，总共三十八页。
（1）吸收速率NA
N AG (Y 1Y 2)
由吸收塔的物料衡算可得
式中：G---气相流量（kmol/h）； Y1、Y2---气相进、出塔浓度。
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现在二十一页，总共三十八页。
实验装置及流程
本实验以水为吸收剂，通过填料塔吸收分离空气—丙酮混合气 中的丙酮。实验装置包括空气输送、丙酮汽化、吸收剂供给和供气液两相逆流接触的填料塔等部分，其流程示意图如下所示。
实验十三吸收塔的操作及吸收传质系数的测定
Y
Y 1
Y 2
X
X 1
X 2
图12-1 吸收操作线和平衡线
操作线22()L
Y X X Y G
=
-+ 平衡线Y=mX
实验十二 填料吸收塔的操作及吸收传质系数的测定
一、实验目的
1、了解填料吸收塔的结构和流程。
2、了解吸收剂进口条件的变化对吸收操作结果的影响。
3、掌握吸收总体积传质系数a K y 和a K x 的测定方法。
二、基本原理
1、测气相总体积传质系数的原理
气相总体积传质系数由填料层高度公式决定
12Y m
Y Y V
Z K a Y -=
⋅Ω∆ （12-1） **1122*11*22()()
()ln
()
m Y Y Y Y Y Y Y Y Y ---∆=
-- (12-2) 式中y
K 气相总传质系数，mol/m 2·h ；
m Y ∆塔顶、塔底气相平均推动力； a 填料的有效比表面积，m 2/m 3；
a K y 气相总体积吸收传质系数，mol/m 3·h 。
（1）Z ――填料层高度m ，根据所装填料的高度直接测量。
（2）Ω――塔截面积m 2，
2
4
D π
Ω=
，而D 塔径为已知。
（3）V ――情性气体摩尔流量（空气）mol/ h ，根据理想气体状态方程可知：
v
pq V RT =
，p――压力Pa ，压力表测量空气压力；q v ――体积流量m 3/h ，转子流量计
测量（注意读数为实验条件20℃、1atm 下的，可直接利用公式进行计算，如果用操作条件
则需要进行换算，其依据为'0'
0(')()f v v f q q ρρρρρρ-=-；T ――空气温度K ，温度计测量。
（4）Y 1――
1
111y Y y =
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下温度和压强，K、Pa；ρ0 空为标准状态下空气的密度，1.293kg/m3； 0NH3 为标准状态下
氨气的密度，0.771kg/m3。 （5）塔底气相浓度 Y1 和塔顶气相浓度 Y2
Y1
V0 NH 3 V0空
nNH3 n空
（6）
式中， nNH3 为 NH3 的摩尔数；n 空为空气的摩尔数。
用一定浓度，一定体积的硫酸溶液分析待测气体，有
X1=GA/L
（14）
L=V 水ρ水/M 水
（15）
式中，V 水为水的体积流量，m3/m；ρ水为水的密度，kg/m3；M 水为水的平均分子量，18kg/kmol。
（8）气相平均浓度差△Ym
Ym
（ Y1
Y1*）（Y2 Y2*）
ln
Y1 Y2
Y1* Y2*
（16）
式中，Y1* 为与 X1 相平衡的气相浓度，kmol（NH3）/kmol（空气）；Y2* 为与 X2 相平衡的气
昆明理工大学实验报告
课题名称：
化工原理实验
实验名称： 填料吸收塔的操作和吸收系数的测定
姓名： 学号：
成绩： 班级：
实验日期：
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。
2.测量固定液体喷淋量下，不同气体流量时，用水吸收空气—氨混合气体中氨的体积吸收系
GA=KYa·VP·△Ym
(1)
式中，GA 为单位时间在塔内吸收的组分量，kmol（吸收质）/h；KYa 为气相总体积吸收系数， kmol（吸收质）/[m3（填料）·h]；VP 为填料层体积，m3；△Ym 为塔顶、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 VP
nNH3 2 MH2SO4 VH2SO4 103
（7）
式中， M H2SO4 为硫酸的摩尔浓度，mol/L；VH2SO4 为硫酸溶液体积，mL。
-2-
n空
（V空
T0 p0
p2 T2
）/ 22.4
（8）
式中，V 空为湿式气体流量计测出的空气体积，L；T0,、p0 为标准状态下空气的温度和压强， 273K、101.33kPa；22.4 为标准状态下一摩尔气体所占有的体积，22.4L/mol。则
-3-
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。为了测量塔内和填料层压强降，装有塔顶表压计和填料层压差 计。
当吸收剂为纯水时，塔顶 X2=0，而
X1 VL（Y1 Y2）
（13）
式中，V 为空气流量，kmol/h；L 为液体喷淋量，kmol/h；Y1、Y2 为塔底、塔顶气相浓度，
kmol（NH3）/kmol（空气）；X1、X2 为塔底、塔顶液相浓度，kmol（NH3）/kmol（水）。
因 GA=V（Y1-Y2），故
V0
V空
T0 p0
p1 p2 T1T2
（4）
式中，V0 空为标准状态下空气的体积流量，m3/h；V 空为转子流量计的指示值，m3/h；T0,、 p0 为标准状态下空气的温度和压强，273K、101.33kPa；T1、p1 为标准状态下空气的温度和 压强，273K、101.33kPa；T2、p2 为操作状态下温度和压强，K、Pa。
VP=π·DT2·Z/4
(2)
式中，DT 为塔内径，m；Z 为填料层高度，m。
（2）GA 由吸收塔的物料衡算求得
GA=V（Y1-Y2）
（3）
式中，V 为空气流量，kmol/h；Y1 为塔底气相浓度，kmol（NH3）/kmol（空气）；Y2 为塔顶 气相浓度，kmol（NH3）/kmol（空气）。
（3）标准状态下空气的体积流量 V0 空
四、实验步骤
1.流体力学特性实验 （1）熟悉实验装置及流程，弄清各部分的作用，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，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，再继续空气流量，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基础上，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），使自动减压阀处于关闭状态。然后打开氨气瓶阀，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。 （4）当空气、氨、水的流量计读数稳定后（约 2～3 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，反应方程如下
数 KYa。
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基本流程。 2.熟悉填料塔的流体力学特性。 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、基本原理
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、θ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塔上。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=u1.8—2.0表示。在双对数坐标系中为一条直线， 斜率为1.8—2.0。在有一条喷淋（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∝u1.8—2.0这一关系。但在同样的空塔速度下，由于填料表面有液膜存在，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，则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。 本实验以水和空气为工作介质，在一定喷淋密度下，逐步增大气速，记录填料层的压降 与塔顶表压的大小，直到发生液泛为止。 2.体积吸收系数 KYa 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、比表面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
-1-
Hale Waihona Puke Baidu
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。当空塔气速达到某一值时，
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。
本实验所用的混合气中氨气的浓度很低（＜10%），吸收所得溶液浓度也不高，气液两
相的平衡关系可以被认为服从亨利定律，相应的吸收速率方程式为：
塔内混合气体总压，Pa（绝压）。
P=大气压+塔顶表压+填料层压降/2
（12）
表 1 低浓度（5%以下）氨水的亨利系数与温度的关系数据
温度/℃
0
10
20
25
30
40
亨利系数（E×10-5）/Pa 0.297
0.509
0.788
0.959 1.266 1.963
（7）塔底液相浓度 X1，塔顶液相浓度 X2
Y2 nNH3 / n空
（9）
同样塔顶气相浓度 Y2 也可通过取样分析来获得。 （6）平衡关系
Y
*
mX 1（1 mX）
m=E/P
（10） （11）
式中，m 为相平衡常数；E 为亨利系数，由表 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 为溶液浓度，kmol（吸收质）/kmol（水）；P 为
（4）标准状态下氨气的体积流量V0NH3
V0 NH 3
VNH3
T0 p0
0空 p2 p1 0NH3 T2 T1
（5）
式中，V0NH3 为转子流量计的指示值，m3/h；T0,、p0 为标准状态下空气的温度和压强，273K、
101.33kPa；T1、p1 为标准状态下空气的温度和压强，273K、101.33kPa；T2、p2 为操作状态
2NH3+H2SO4+2H2O=（NH4）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.迅速打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。Ⅱ.取高浓度硫酸液 2～3mL 放入分析瓶，用适 当的蒸馏水冲洗瓶壁，再加入 1～2 滴甲基橙指示剂。Ⅲ.打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计量，待颜色刚刚变黄，关闭分析系统，记录 气体体积量。注意考克的开度要适中，太大气流夹带吸收液，太小拖延分析时间，只要气体 在吸收盒中连续不断地以气泡形式溢出就可以。
2.主要设备及尺寸 （1）填料塔
填料吸收塔仿真实验界面
-4-
有机玻璃塔内径：D=120mm；填料层高度：Z=800mm～900mm；填料：不锈钢θ网环 及陶瓷拉西环；规格：Φ8，Φ10，Φ15。
（2）DC—4 型微音气泵一台。 （3）LZB40 气体流量计，流量范围 0～60m3/h，数量一个；LZB15 气体流量计，流量 范围 0～2.5m3/h，数量一个；LZB15 气体流量计，流量范围 0～160m3/h，数量一个。 （4）LML—2 型湿式气体流量计，容量 5L，数量一台。 （5）水银温度计，规格 0～100℃，数量三只。
相浓度，kmol（NH3）/kmol（空气）。
三、实验装置与流程
1.试验流程 吸收装置流程如图所示。实验装置由填料塔、微音气泵、液氮钢瓶、转子流量计、压差 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