吸收系数

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化 工 原 理 实 验 报 告

实 验 名 称：

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一、实验目的

1、熟悉填料塔的构造及操作。

2、观察填料塔流体力学状况，测定压降与气速的关系曲线。

3、掌握总传质系数K x a的测定方法并分析影响因素。

4、学习气液连续接触式填料塔，利用传质速率方程处理传质问题的方法。

二、实验原理

1、填料塔的流体力学特性

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，由于有局部阻力和摩擦阻力而产生压强降。

填料塔的流体力学特性是吸收设备的重要参数，它包括压强降和液泛规律。测定填料塔的流体力学特性是为了计算填料塔所需动力消耗和确定填料塔的适宜操作范围，选择适宜的气液负荷，因此填料塔的流体力学特性是确定最适宜操作气速的依据。

图1 填料层压降-空塔气速关系示意图

气体通过干填料（L=0）时，其压强降与空塔气速之间的函数关系在双对数坐标上为一直线，如图4-7中AB线，其斜率为1.8～2。当有液体喷淋时，在低气速时，压强降和气速间的关联线与气体通过干填料时压强降和气速间的关联线AB线几乎平行，但压降大于同一气速下干填料的压降，如图4-7中CD段。随气速的进一步增加出现载点（图中D 点），填料层持液量开始增大，压强降与空塔气速的关联线向上弯曲，斜率变大，如图（4-7）中DE段。当气速增大到E点，填料层持液量越积越多，气体的压强几乎是垂直上升，气体以泡状通过液体，出现液泛现象，此点E称为泛点。

2、体积传质系数T的测定

反映填料吸收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，因而对

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。工程上往往利用现有同类型的生产设备或中间试验设备进行传质系数的实验测定，作为放大设计之用。

本实验是对富氧水进行解吸。由于富氧水浓度很小，可以认为气液两相的平衡关系服从亨利定律，即平衡线为直线，操作线也是直线，因此可以用对数平均浓度差计算填料层传质平均推动力。整理得到相应的传质速率方程为：

G A=K x a·V p·Δx m

K x a = G A / V p·Δx m

其中Δx m =[(x1-x e1)-(x2-x e2)]/ln[(x1-x e1)/( x2-x e2)]

G A=L(x1- x2) V p=Z·Ω

相关的填料层高度的基本计算公式为：

Z=H OL·N OL即H OL = Z/ N OL

其中N OL=(x1- x2) / Δx m H OL=L/ K x a·Ω

式中：

G A–单位时间内氧的解析量[kmol/h] K x a –总体积传质系数[kmol/m3·h·Δx]

V p–填料层体积[m3] Δx m–液相对数平均浓度差

x1-液相进塔时的摩尔分率(塔顶) x e1–与出塔气相y1平衡的液相摩尔分率(塔顶) x2–液相出塔时的摩尔分率(塔底) x e2–与出塔气相y2平衡的液相摩尔分率(塔底) Z –填料层高度[m] Ω–塔截面积[m2]

L–解吸液流量[kmol/h] H OL-以液相为推动力的传质单元高度

N OL–以液相为推动力的传质单元数

由于氧气为难溶气体，在水中的溶解度很小，因此传质阻力几乎全部集中于液膜中，即K x=k x，由于属液膜控制过程，所以要提高总传质系数K x a，应增大液相的湍流程度。在y-x图中，解吸过程的操作线在平衡线下方，本实验中是一条平行于横坐标的水平线(因氧在水中浓度很小)。

三、实验装置流程示意图

图2是吸收实验装置流程图。空气由风机1（定容式风机安装在室外）供给，阀2用于调节空气流量（放空法）。在气管中空气与氨混合后入塔，经吸收后排出，出口处有尾气调压阀9，这个阀在不同的流量下能自动维持一定的尾气压力，作为尾气通过分析器的推动力。

水经总阀15进入水过滤减压器16，经调节阀17及流量计18入塔。氨气由氨瓶23供给，开启氨瓶阀24，氨气即进入自动减压阀25中，这阀能自动将输出氨气压力稳定在0.05

—0.1（mPa）范围内，氨压力表26指示氨瓶内部压力，而氨压力表27则指示减压后的压力。

为了测量塔内压力和填料层下强降，装有表压计20和压差计19。此外，实验室还备有大气压力计测量大气压力。

排液管7可以上下移动，使液面控制在管子内部而不上升到塔截面内。

阀31不是用来调节空气流量的，它的作用是提高风机利用率，当不做吸收实验时，

可将此阀关闭，从油分离器3的预留管口接出旁管以供应其他地方用气。

图2XS—1吸收装置流程图

1-叶氏风机2-空气调节阀3-油分离器4-空气流量计5-填料塔6-栅板7-排液管8-莲蓬头9-尾气调压阀10-尾气取样管11-稳压瓶12-旋塞13-吸收盒14-湿式气体流量计15-总阀16-水过滤减压阀17-水调节阀18-水流量计19-压差计20-塔顶表压计21-表压计22-温度计23-氨瓶24-氨瓶阀5-氨自动减压阀26、27-氨压力表28-缓冲罐29-转子流量计30-表压计31-闸阀

四、实验步骤

1.实验步骤

（1）流体力学性能测定

①测定干填料压降:打开空气阀门，调节空气流量，从小到大，读取空气进口温度，

空气压力，空气流量，填料层压降并记录。

②测定湿物料压降:打开水阀门，并保持在一定流量不变，几分钟后，打开空气阀

门，调节空气流量，从小到大，读取空气进口温度，空气压力，空气流量，填料层

压降并记录。

（2）传质实验

①氧气减压后进入缓冲罐，罐内压力保持0.03-0.04MPa，不要过高，并注意减压阀

使用方法。为防止水倒罐进入氧气转子流量计中，开水前要关闭防倒罐阀或先通

入氧气后通水。

②调节水流量一定，同时通入氧气，并保持大约10min。

③分别从塔顶与塔底取出富氧水和贫氧水，用测氧仪分别分析各自氧的含量。

④实验完毕，关闭氧气时，务必先关氧气钢瓶总阀，然后才能关闭减压阀及调节阀。

检查总电源，总水阀及各管路阀门，确定安全后方可离开。

2.注意事项

①测定干填料压降时，塔内填料务必事先吹干。

②测定湿填料压降时，测定前要进行预液泛，使填料表面充分润湿。

③注意空气转子流量计的调节阀要缓慢开启和关闭，以免撞破玻璃管。

④氧气减压后进入缓冲罐，管内压力保持0.03-0.04MPa，不要过高，并注意减压阀

使用方法。为防止水倒灌进入氧气转子流量计中，开水前要关闭防倒灌阀，或先

通入氧气后通水。

⑤实验完毕，关闭氧气时，务必先关氧气钢瓶总阀，然后才能关闭减压阀及调节阀。

检查总电源、总水阀及各管路阀门，确实安全后方可离开。

五、原始数据（附页）

1、流体力学性能测定

2、传质实验