四川大学化工原理气体吸收实验

气体吸收实验

1.实验目的

（1）观测气、液在填料塔内的操作状态，掌握吸收操作方法。

（2）测定在不同喷淋量下，气体通过填料层的压降与气速的关系曲线。

（3）测定在填料塔内用水吸收CO2的液相体积传质系数K X a。

（4）对不同填料的填料塔进行性能测试比较。

2.实验原理

（1）气体吸收是运用混合气体中各种组分在同一溶液中的溶解度的差异，通过气液充分接触，溶解度较大的气体组分进入液相而与其他组分分离的操作。

气体混合物以一定气速通过填料塔内的填料层时，与吸收剂液相想接触，进行物资传递。气，夜两项在吸收塔内除物质传递外，其流动相互影响，还具有自己的流体力学特征。填料塔的流体力学特征是吸收设备的重要参数，他包括了压降和液泛的重要规律。

填料塔的流体力学特征是以气体通过填料层所产生的压降来表示。该压降在填料因子、填料层高度、液体喷淋密度一定的情况下随气体速度变化而变化，与压降与气速的关系如图。

气体通过干填料层时，其压降与空塔时，其压降与空气塔气速的函数关系在双对数坐标上为一条直线，其斜率为 1.8-2.0.当有液体喷淋时，气体低速流过填料层，压降与气速的关系几乎与L=0的关系线平行，随着气速的增加出现载点B与B’，填料层内持液量增加，压降与气速的关系关联线向上弯曲，斜率变大，当填料层持液越积越多时，气体的压降几乎是垂直上升，气体以泡状通过液体，出现液泛现象，P-U线出现载点C，称此点为泛点。

（2）反应填料塔性能的主要参数之一是传质系数。影响传质系数的因素很多，对不同系统和不同吸收设备，传质系数各不相同，所以不可能有一个通用的计算式计算传质系数。

本实验采用水来吸收空气中的CO2，常压下CO2在水中的溶解度比较小，用水吸收CO2的操作中是液膜控制吸收的过程，所以在低浓度吸收时填料的计算式

为H=

L

K

Xa

Ω

∫dX

X∗−X

X1

X2

K Xa =L

H.Ω

∫dX

X∗−X

X1

X2

当气液平衡关系符合亨利定律时，

K Xa =L

H.Ω

（x1−x2）

∆Xm

∆Xm=∆X1−∆X2

ln

∆X1

∆X2

=

(X1∗−X1)−(X2∗−X2)

ln

X1∗−X1

X2∗−X2

实中：L——吸收剂的用量，kmol/h；

Ω——填料塔截面积，m2；

∆Xm——塔顶、塔底液相浓度差的对数平均值；

K

Xa

——液相体积传质系数，kmol/（m3.h. ∆Xm）

H——填料层的高度，m；

X1、X2——分别为塔底、塔顶液相中CO2比摩尔分率；

X1∗——与塔底气相浓度平衡时塔底液相中CO2比摩尔分率；

X2∗——与塔顶气相浓度平衡时塔顶液相中CO2比摩尔分率；

对水吸收CO2-空气混合气中CO2的体系，平衡关系服从亨利定律，平衡时气相浓度，与液相浓度的平衡关系式近似为

X*=Y

m 其中m=E

P

Y=y

1−y

式中：Y——塔内任意一截面气象中CO2的浓度（比摩尔分率表示）

Y——塔内任意一截面气象中CO2的浓度（摩尔分率表示）

X*——与气相平衡时的液相CO2浓度（比摩尔分率表示）

m——相平衡常数

E——亨利常数，MPa

P——混合气体总压，近似大气压，MPa

通过测定物性参数水温和大气压，查取有关数据。

因为吸收剂是水，从塔顶喷到填料层，所以塔顶的CO2浓度X2=0，塔底液相中CO2的浓度可由吸收塔物料衡算求取，即

V(Y1-Y2)=L(X1-X2)

因为X2=0，所以

X1=V/L*(Y1-Y2)

式中：V——惰性气体空气流量，kmol/h

Y1、Y2——分别为塔底、塔顶气相中CO2比摩尔分率。

实验步骤

（1）理清流程，熟悉测试仪表的使用。

（2）确定要测定填料塔，全开气体切换球阀1阀35和液体切换阀6；关闭其余填料塔的气体、液体切换阀；全开空气进口阀31以及气体切换阀29；启动风机，让空气进入填料塔底部。用空气进口阀31调节空气流量，流量从小到大，每调节一次风量，测定一次填料层压降∆P，共采集7-10组数据，由此可作出干填料时，风量与压降的关系曲线。（3）通过调节阀4调节水量，维持喷淋量不变，用空气进口阀31调节空气流量从小到大，没调一次风量，测定一次填料层压降∆P，共采集7-10组数据，由此测出是填料操作时，风量与压降的关系曲线。在操作过程中，注意观察液封装置，以避免空气从液封中溢出。

（4）通过调节阀4，改变入塔水量，重复第三操作步骤，可测得不同水量下风量与压降之间的关系曲线，完成气液在填料塔内的流体力学性能测定。

（5）开启风机，让空气进入填料塔。

（6）通过取样点23取样，用CO2气体分析仪分析其CO2的含量。

（7）调节清水阀4，流量从小到大，需采集4-6组数据。每调节一次，稳定3min-5min，记录水量、和空气流量，采集26出塔样点进行CO2分析，确定Y2，完成填料塔内液相体积传质系数的测定。

（8）测定水温和大气压。

（9）完成测定后，停水，关风机。