填料吸收塔实验.
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图1填料层的ΔP～u关系
当无液体喷淋即喷淋量L0=0时，干填料的ΔP～u的关系是直线，如图中的直线0。当有一定的喷淋量时，ΔP～u的关系变成折线，并存在两个转折点，下转折点称为“载点”，上转折点称为“泛点”。这两个转折点将ΔP～u关系分为三个区段：恒持液量区、载液区与液泛区。
2.传质性能
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。
⑴NOG、HOG、KYa、φA可依下列公式进行计算
（6-1-1）
（6-1-2）
（6-1-3）
（6-1-4）
（6-1-5）
1
2
3
4
填料类型
及规格
不锈钢鲍尔环
Dg16
不锈钢丝网
CY
陶瓷波纹填料
450Y
拉西环
Dg16
填料层高度
600mm
700mm
570mm
490mm
空气流量计
孔板流量计
孔板流量计
孔板流量计
孔板流量计
氨气流量计
转子流量计
转子流量计
转子流量计
转子流量计
尾气流量计
湿式流量计
湿式流量计
湿式流量计
湿式流量计
水流量计
转子流量计
实验测得c（t）与t的关系数据，由式（6-1-9）求得 ，由式（6-1-10）求得 ，通过（6-1-11）求得Pe的值。
四、实验装置
⒈实验主要设备与仪器
图6-1-1填料吸收塔实验装置流程图
1—风机；2—电导率仪；3—A/D转换片；4—打印机；5—计算机；6—磁盘驱动器；7—示踪剂；
8—吸收塔；9—液体分布器；10—填料；11—铂电极；12—塔底排液阀；13—电磁阀；14—U型管压差计；15—进气管；16—液封；17—吸收瓶；18—孔板流量计；19—液体流量计；20—进水阀；21—氨气流量计；22—液体温度表；23—气体温度表；24—空气流量显示仪；25—湿式流量计；26—三通阀；27—水准瓶；28—真空泵；29—氨瓶总表；30—氨自动减压阀；31—氨气压力表；32—氨瓶
（6-1-8）
估计模型参数Pe：估计的方法有多种，如矩量法、传递函数法、拟合法等。本实验采用矩量法，需用到如下两个定义：
1浓度c（t）的一阶原点矩：
（6-1-9）
2浓度c（t）的二阶中心矩：
（6-1-10）
式中 —数学期望；
—方差或称散度。
由式（6-1-9）和式（6-1-10），可导出如下方程：
（6-1-11）
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， ；
Ym—所测填料层两端面上气相推动力的平均值；
Y2、Y1—分别为填料层上、下两端面上气相推动力；
Y1= Y1- mX1；Y2= Y2- mX2
X2、X1—进、出口液体中溶质组分的摩尔比， ；
描述返混的数学模型很多，较简单实用的是一维扩散模型。一维扩散模型的数学表达式：
(6-1-7)
式中Pe为彼克列数，描述返混程度的模型参数。对式（6-1-7）求解：
定解条件：实验采用脉冲法加入示踪剂，在流体出口处测定示踪剂浓度，闭式容器，列出如下定解条件：
取
初始条件：
边界条件：
用Laplace变换解得：
—常压下空气的实际体积流量，m3/ s；
—孔板流量计处空气的温度，℃。
五、实验方法
实验物系为空气、氨和水，微机在线数据采集。实验步骤如下：
⒈掌握仪器的使用方法，在教师的指导下，学会使用电导率仪，并能利用微机进行数据采集与处理。
转子流量计
转子流量计
转子流量计
鼓风机型式
吹吸两用泵
旋涡气泵
旋涡气泵
旋涡气泵
⒊数据采集
微机数据采集原理方框图见图6-1-2。实验中测取的主要数据是不同时刻KCI浓度c（t）。测量浓度的一次仪表，安装在填料塔液相出口处。当含有KCI的水通过铂电极时，将c（t）送入传感器（电导率测定仪）；传感器将c（t）转换为毫伏级直流电压信号，电压信号经放大器放大送入A/D转换卡；即将电压信号转换为数字量，数字量送微机内存。然后由程序进行数据处理。
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
（6-1-6）
最小喷淋密度经验值 为0.2m3/（m2·h）
3.填料塔Leabharlann Baidu相返混特性
实验6-1填料吸收塔实验
一、实验目的
⒈了解填料吸收塔的结构和流体力学性能。
⒉学习填料吸收塔传质能力和传质效率的测定方法。
⒊掌握脉冲法测定填料塔中液相停留时间分布的方法。
⒋掌握用矩量法估计液相返混参数Pe（彼克列数）的方法。
二、实验内容
1.测定填料层压强降与操作气速的关系，确定填料塔在某液体喷淋量下的液泛气速。
图6-1-2数据采集原理方框图
⒋空气实际体积流量的计算
空气流量由孔板与差压变送器和二次仪表组成空气流量计，其流量计算式为：
式中： C0—流量计流量系数，C0=0.67
A0—节流孔开孔面积，m2；
d0—节流孔开孔直径， d0=0.017m；
ΔP—节流孔上下游两侧压力差，Pa；
ρ—孔板流量计处 时空气的密度，kg/m3。
填料塔：塔体为Ф100×5mm有机玻璃管制成，塔高1.6m；塔内件主要有液体分布器、填料支承架、气体分布器等。
填料：规整填料和散堆填料。
电导率仪：DDS—11C。
计算机系统：主机、显示器、打印机等。
示踪剂：KCI（CP）饱和溶液。
⒉各套吸收塔基本情况列于表6-1-1中
表6-1-1各套吸收塔基本情况
装置序号
2.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）。
3.固定气相流量，测定不同液相流速对Pe的影响。
三、实验原理
1.气体通过填料层的压强降
压强降是塔设计中的重要参数，气体通过填料层压强降的大小决定了塔的动力消耗。压强降与气液流量有关，不同喷淋量下填料层的压强降ΔP与空塔气速u的关系如下图所示：
当无液体喷淋即喷淋量L0=0时，干填料的ΔP～u的关系是直线，如图中的直线0。当有一定的喷淋量时，ΔP～u的关系变成折线，并存在两个转折点，下转折点称为“载点”，上转折点称为“泛点”。这两个转折点将ΔP～u关系分为三个区段：恒持液量区、载液区与液泛区。
2.传质性能
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。
⑴NOG、HOG、KYa、φA可依下列公式进行计算
（6-1-1）
（6-1-2）
（6-1-3）
（6-1-4）
（6-1-5）
1
2
3
4
填料类型
及规格
不锈钢鲍尔环
Dg16
不锈钢丝网
CY
陶瓷波纹填料
450Y
拉西环
Dg16
填料层高度
600mm
700mm
570mm
490mm
空气流量计
孔板流量计
孔板流量计
孔板流量计
孔板流量计
氨气流量计
转子流量计
转子流量计
转子流量计
转子流量计
尾气流量计
湿式流量计
湿式流量计
湿式流量计
湿式流量计
水流量计
转子流量计
实验测得c（t）与t的关系数据，由式（6-1-9）求得 ，由式（6-1-10）求得 ，通过（6-1-11）求得Pe的值。
四、实验装置
⒈实验主要设备与仪器
图6-1-1填料吸收塔实验装置流程图
1—风机；2—电导率仪；3—A/D转换片；4—打印机；5—计算机；6—磁盘驱动器；7—示踪剂；
8—吸收塔；9—液体分布器；10—填料；11—铂电极；12—塔底排液阀；13—电磁阀；14—U型管压差计；15—进气管；16—液封；17—吸收瓶；18—孔板流量计；19—液体流量计；20—进水阀；21—氨气流量计；22—液体温度表；23—气体温度表；24—空气流量显示仪；25—湿式流量计；26—三通阀；27—水准瓶；28—真空泵；29—氨瓶总表；30—氨自动减压阀；31—氨气压力表；32—氨瓶
（6-1-8）
估计模型参数Pe：估计的方法有多种，如矩量法、传递函数法、拟合法等。本实验采用矩量法，需用到如下两个定义：
1浓度c（t）的一阶原点矩：
（6-1-9）
2浓度c（t）的二阶中心矩：
（6-1-10）
式中 —数学期望；
—方差或称散度。
由式（6-1-9）和式（6-1-10），可导出如下方程：
（6-1-11）
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， ；
Ym—所测填料层两端面上气相推动力的平均值；
Y2、Y1—分别为填料层上、下两端面上气相推动力；
Y1= Y1- mX1；Y2= Y2- mX2
X2、X1—进、出口液体中溶质组分的摩尔比， ；
描述返混的数学模型很多，较简单实用的是一维扩散模型。一维扩散模型的数学表达式：
(6-1-7)
式中Pe为彼克列数，描述返混程度的模型参数。对式（6-1-7）求解：
定解条件：实验采用脉冲法加入示踪剂，在流体出口处测定示踪剂浓度，闭式容器，列出如下定解条件：
取
初始条件：
边界条件：
用Laplace变换解得：
—常压下空气的实际体积流量，m3/ s；
—孔板流量计处空气的温度，℃。
五、实验方法
实验物系为空气、氨和水，微机在线数据采集。实验步骤如下：
⒈掌握仪器的使用方法，在教师的指导下，学会使用电导率仪，并能利用微机进行数据采集与处理。
转子流量计
转子流量计
转子流量计
鼓风机型式
吹吸两用泵
旋涡气泵
旋涡气泵
旋涡气泵
⒊数据采集
微机数据采集原理方框图见图6-1-2。实验中测取的主要数据是不同时刻KCI浓度c（t）。测量浓度的一次仪表，安装在填料塔液相出口处。当含有KCI的水通过铂电极时，将c（t）送入传感器（电导率测定仪）；传感器将c（t）转换为毫伏级直流电压信号，电压信号经放大器放大送入A/D转换卡；即将电压信号转换为数字量，数字量送微机内存。然后由程序进行数据处理。
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
（6-1-6）
最小喷淋密度经验值 为0.2m3/（m2·h）
3.填料塔Leabharlann Baidu相返混特性
实验6-1填料吸收塔实验
一、实验目的
⒈了解填料吸收塔的结构和流体力学性能。
⒉学习填料吸收塔传质能力和传质效率的测定方法。
⒊掌握脉冲法测定填料塔中液相停留时间分布的方法。
⒋掌握用矩量法估计液相返混参数Pe（彼克列数）的方法。
二、实验内容
1.测定填料层压强降与操作气速的关系，确定填料塔在某液体喷淋量下的液泛气速。
图6-1-2数据采集原理方框图
⒋空气实际体积流量的计算
空气流量由孔板与差压变送器和二次仪表组成空气流量计，其流量计算式为：
式中： C0—流量计流量系数，C0=0.67
A0—节流孔开孔面积，m2；
d0—节流孔开孔直径， d0=0.017m；
ΔP—节流孔上下游两侧压力差，Pa；
ρ—孔板流量计处 时空气的密度，kg/m3。
填料塔：塔体为Ф100×5mm有机玻璃管制成，塔高1.6m；塔内件主要有液体分布器、填料支承架、气体分布器等。
填料：规整填料和散堆填料。
电导率仪：DDS—11C。
计算机系统：主机、显示器、打印机等。
示踪剂：KCI（CP）饱和溶液。
⒉各套吸收塔基本情况列于表6-1-1中
表6-1-1各套吸收塔基本情况
装置序号
2.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）。
3.固定气相流量，测定不同液相流速对Pe的影响。
三、实验原理
1.气体通过填料层的压强降
压强降是塔设计中的重要参数，气体通过填料层压强降的大小决定了塔的动力消耗。压强降与气液流量有关，不同喷淋量下填料层的压强降ΔP与空塔气速u的关系如下图所示：